KR101976686B1 - 차지 에어 블로우 오프 시스템 - Google Patents

차지 에어 블로우 오프 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차지 에어 블로우 오프 시스템에 관한 것으로서, 엔진의 컷 오프 밸브와 터보차저의 컴프레셔 사이에 설치되며, 상기 컴프레셔로부터 유입되는 압축 공기를 수용하는 커넥션 파이프; 상기 커넥션 파이프의 외주면에 연결되며, 상기 압축 공기를 대기중으로 방출하는 블로우 오프 파이프; 및 상기 블로우 오프 파이프의 일부분에 설치되는 블로우 오프 밸브를 포함하되, 상기 커넥션 파이프는, 복수 개의 볼트 체결 홀이 구비되어 상기 컷 오프 밸브에 연결되는 하부 플랜지; 하단부가 상기 하부 플랜지에 부착되는 하부 커넥션 파이프부; 하면이 상기 커넥션 파이프부의 상단부에 연결되는 확장 커넥션 파이프부; 하단부가 상기 확장 커넥션 파이프부의 상면에 연결되는 상부 커넥션 파이프부; 및 상기 커넥션 파이프부의 상단부에 부착되며, 복수 개의 볼트 체결 홀이 구비되어 상기 컴프레셔에 연결되는 상부 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템은, 커넥션 파이프의 중간 부분에 외측으로 폭을 넓힌 확장 커넥션 파이프부를 형성시켜, 압축 공기의 양을 커넥션 파이프의 내부에 최대한 수용할 수 있도록 하고, 확장 커넥션 파이프부의 내부에 공기 유로막을 복수 개로 구비시켜 압축 공기의 흐름을 방사상으로 분산시킴으로써, 커넥션 파이프의 유효 공간 면적을 기존의 커넥션 파이프를 기준으로 증가시킬 수 있고, 블로우 오프 파이프의 내경을 기존의 블로우 오프 파이프를 기준으로 작게 할 수 있어, 차지 에어 블로우 오프 시스템의 기능인 터보차저의 서징 현상을 방지하면서 커넥션 파이프의 높이를 더욱 줄일 수 있어 엔진의 진동 현상을 더욱 개선시킬 수 있다.

Description

차지 에어 블로우 오프 시스템 {A charge air blow-off valve system}
본 발명은 차지 에어 블로우 오프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 4행정 디젤 엔진의 특수목적용 선박 예를 들어, 드릴쉽(drillship)이나 오프-쇼어 베슬(off-shore vessel) 등과 같은 선박 사용시 선박 운항 중 엔진 과속(overspeed), 엔진 룸 내 가연성 가스 누출 등 비상 상황에서 엔진 비상 정지를 위해, 차지 에어 셧-오프 밸브(charge air shut-off valve)가 설치되고 있다.
차지 에어 셧-오프 밸브 동작 시에 터보차저에서 압축된 압축 공기가 순간적으로 차단됨에 따른 터보차저의 서징(surging) 현상이 발생하게 되며, 이러한 서징 현상은 터보차저의 컴프레셔, 특히 컴프레셔 휠에 부담을 주게 되므로, 이를 방지하기 위하여 차지 에어 블로우 오프 시스템(charge air blow-off valve system)을 컴프레셔와 엔진 사이에 설치하고 있다.
도 1은 엔진과 터보차저 사이에 종래의 차지 에어 블로우 오프 시스템이 설치된 상태를 도시한 도면이다.
차지 에어 블로우 오프 시스템(100)은, 엔진(10)과 터보차저(20) 사이에 설치되며, 셧-오프 밸브(11)가 동작할 때(폐쇄될 때), 별도 바이패스 라인을 개방시켜 컴프레셔(21)의 압축 공기를 대기중으로 방출시키게 하여 터보차저(20)의 서징 현상을 방지할 수 있게 한다. 여기서, 바이패스 라인은, 컴프레셔(21)에 연결되는 커넥션 파이프(connection pipe; 110)와, 커넥션 파이프(110)에 연결되는 블로우 오프 파이프(120)일 수 있으며, 바이패스 라인을 개방함은 블로우 오프 파이프(120)에 설치되는 블로우 오프 밸브(121)를 개방함을 의미할 수 있다.
셧-오프 밸브(11)가 폐쇄되어 터보차저(20)에서 압축된 압축 공기가 순간적으로 차단됨에 따른 터보차저(20)의 서징 현상을 방지하기 위해서는, 커넥션 파이프(110)의 폭(w1)과 높이(h1)를 크게 하여 압축 공기의 량(air volume)을 최대한 수용할 수 있는 공간을 확보하고, 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)을 크게 하여 커넥션 파이프(110)에 수용된 압축 공기를 원활하게 대기중으로 방출시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그러나, 커넥션 파이프(110)의 폭(w1)은 컴프레셔(21)와의 연결부분의 면적에 한정될 수밖에 없고, 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)는 높을수록 엔진(10)의 진동 특성 측면에 부정적인 영향을 줌으로, 엔진(10)의 진동 현상을 방지하기 위해 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)를 낮출 경우, 커넥션 파이프(110) 내부에 압축 공기를 수용할 수 있는 공간이 줄어들 수밖에 없다.
이와 같이, 커넥션 파이프(110)로 유입되는 압축 공기를 커넥션 파이프(110) 내부에서 일시적으로나마 수용하여 대기중으로의 방출을 지연할 수 없을 경우, 터보차저(20)의 서징 현상을 방지할 수 있도록 유입되는 압축 공기의 양만큼 블로우 오프 파이프(120)를 통해 대기중으로 곧바로 방출시켜야 하며, 이에 따라 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)은 유입되는 압축 공기의 양을 즉시 방출할 수 있는 크기를 유지해야 한다. 한편, 커넥션 파이프(110)로 유입되는 압축 공기를 커넥션 파이프(110) 내부에서 수용하여 대기중으로의 방출을 지연할 수 있을 경우에는 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)을 작게 하여도 터보차저(20)의 서징 현상을 방지할 수 있게 된다.
그런데, 압축 공기를 대기중으로 방출시키는 블로우 오프 파이프(120)는 커넥션 파이프(110)의 측면에 연결되므로, 블로우 오프 파이프(120)가 압축 공기의 양을 즉시 방출할 수 있는 최소한의 내경(d1)을 갖는 경우, 블로우 오프 파이프(120)가 커넥션 파이프(110)에 연결되는 것을 고려한다면 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)를 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)보다 크게 할 수밖에 없다. 즉, 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)는 터보차저(20)의 서징 현상을 방지할 수 있는 내경(d1)을 갖는 블로우 오프 파이프(120)에 의해 결정되므로, 엔진(10)의 진동 현상에 영향을 주는 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)를 낮추는데 한계가 있다.
상기한 바와 같이, 기존의 차지 에어 블로우 오프 시스템(100)은, 컴프레셔(21)로부터 유입되는 압축 공기를 커넥션 파이프(110) 내부에 일시적으로나 수용하여 대기중으로의 방출을 지연할 수 있는 공간을 확보할 수 없을 경우, 터보차저(20)의 서징 현상을 방지하기 위해 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)을 압축 공기의 양을 충분히 방출할 수 있는 크기가 되도록 해야함으로써, 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)가 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)에 의해 결정되어야 함을 고려할 때, 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)를 낮추는데 한계가 있어, 엔진(10)의 진동 특성을 개선하는데 한계가 있고, 엔진 룸의 크기에 제약을 받는 선박내 설치 조건을 감안하였을 때에도 단점으로 작용하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 터보차저의 서징 현상을 방지하면서 엔진의 진동 현상을 방지할 수 있게 하는 차지 에어 블로우 오프 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템은, 엔진의 컷 오프 밸브와 터보차저의 컴프레셔 사이에 설치되며, 상기 컴프레셔로부터 유입되는 압축 공기를 수용하는 커넥션 파이프; 상기 커넥션 파이프의 외주면에 연결되며, 상기 압축 공기를 대기중으로 방출하는 블로우 오프 파이프; 및 상기 블로우 오프 파이프의 일부분에 설치되는 블로우 오프 밸브를 포함하되, 상기 커넥션 파이프는, 복수 개의 볼트 체결 홀이 구비되어 상기 컷 오프 밸브에 연결되는 하부 플랜지; 하단부가 상기 하부 플랜지에 부착되는 하부 커넥션 파이프부; 하면이 상기 커넥션 파이프부의 상단부에 연결되는 확장 커넥션 파이프부; 하단부가 상기 확장 커넥션 파이프부의 상면에 연결되는 상부 커넥션 파이프부; 및 상기 커넥션 파이프부의 상단부에 부착되며, 복수 개의 볼트 체결 홀이 구비되어 상기 컴프레셔에 연결되는 상부 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템은, 커넥션 파이프의 중간 부분에 외측으로 폭을 넓힌 확장 커넥션 파이프부를 형성시켜, 압축 공기의 양을 커넥션 파이프의 내부에 최대한 수용할 수 있도록 하고, 확장 커넥션 파이프부의 내부에 공기 유로막을 복수 개로 구비시켜 압축 공기의 흐름을 방사상으로 분산시킴으로써, 커넥션 파이프의 유효 공간 면적을 기존의 커넥션 파이프를 기준으로 증가시킬 수 있고, 블로우 오프 파이프의 내경을 기존의 블로우 오프 파이프를 기준으로 작게 할 수 있어, 차지 에어 블로우 오프 시스템의 기능인 터보차저의 서징 현상을 방지하면서 커넥션 파이프의 높이를 더욱 줄일 수 있어 엔진의 진동 현상을 더욱 개선시킬 수 있다.
도 1은 엔진과 터보차저 사이에 종래의 차지 에어 블로우 오프 시스템이 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 엔진과 터보차저 사이에 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템이 설치된 상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4는 엔진과 터보차저 사이에 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템이 설치된 상태를 도시한 도면이다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 의미한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 에어 블로우 오프 시스템(200)은, 커넥션 파이프(210), 블로우 오프 파이프(220), 블로우 오프 밸브(230)를 포함한다.
커넥션 파이프(210)는, 엔진(10)의 컷 오프 밸브(11)와 터보차저(20)의 컴프레셔(21) 사이에 설치되어, 컷 오프 밸브(11)가 개방되었을 때 압축 공기를 엔진(10)으로 공급되게 할 수 있고, 컷 오프 밸브(11)가 폐쇄되었을 때 컴프레셔(21)의 서징 현상을 방지하기 위해 압축 공기를 후술할 블로우 오프 파이프(220)를 통해 대기중으로 방출되게 할 수 있다. 커넥션 파이프(210)는, 하부 플랜지(211), 하부 커넥션 파이프부(212), 확장 커넥션 파이프부(213), 상부 커넥션 파이프부(214), 상부 플랜지(215)를 포함하여 구성될 수 있다.
하부 플랜지(211)는, 복수 개의 볼트 체결 홀(도면부호 미도시)이 구비되어 엔진(10)의 컷 오프 밸브(11)와 커넥션 파이프(210)를 연결시킬 수 있게 하며, 후술할 하부 커넥션 파이프부(212)의 하단부에 부착될 수 있다.
하부 커넥션 파이프부(212)는, 하단부에 하부 플랜지(211)가 부착되며, 상단부에 후술할 확장 커넥션부(213)가 연결될 수 있다.
확장 커넥션 파이프부(213)는, 하면에 하부 커넥션 파이프부(212)의 상단부가 연결될 수 있으며, 상면에 후술할 상부 커넥션 파이프부(214)의 하단부가 연결될 수 있으며, 외주면에 후술할 블로우 오프 파이프(220)가 연결될 수 있다.
확장 커넥션 파이프부(213)는, 압축 공기의 양을 내부에 최대한 수용할 수 있도록, 그 폭(w2)이 하부 커넥션 파이프부(212) 및 후술할 상부 커넥션 파이프부(214) 각각의 폭(도면부호 미도시)보다 크게 구성될 수 있다. 여기서, 엔진(10)과 터보차저(20) 사이에 여유 공간이 확보되어 있어, 확장 커넥션 파이프부(213)의 폭(w2)을 외측으로 넓게 연장시킬 수 있게 한다.
또한, 확장 커넥션 파이프부(213)는, 압축 공기의 흐름이 분산될 수 있도록, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 내부에 복수 개의 공기 유로막(213a)을 구비시킬 수 있다.
공기 유로막(213a)은, 압축 공기의 흐름이 방사상으로 분산될 수 있도록 배치될 수 있다.
상부 커넥션 파이프부(214)는, 하단부가 확장 커넥션 파이프부(213)의 상면에 연결될 수 있으며, 상단부가 후술할 상부 플랜지(215)에 부착될 수 있다.
상부 플랜지(215)는, 복수 개의 볼트 체결 홀(도면부호 미도시)이 구비되어 터보차저(20)의 컴프레셔(21)와 커넥션 파이프(210)를 연결시킬 수 있게 하며, 상부 커넥션 파이프부(214)의 상단부에 부착될 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 커넥션 파이프(210)의 중간 부분에 하부 커넥션 파이프부(212) 및 상부 커넥션 파이프부(214)의 폭보다 넓은 폭(w2)을 갖는 확장 커넥션 파이프부(213)를 형성시킴으로써, 컴프레셔(21)로부터 유입되는 압축 공기의 양을 확장된 부분만큼 더 수용할 수 있어, 결국 커넥션 파이프(210)의 유효 공간 면적을 기존의 커넥션 파이프(110)를 기준으로 증가시킬 수 있게 한다. 이로써, 후술할 블로우 오프 파이프(220)의 내경(d2)을 기존의 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)보다 작게 하여 확장 커넥션 파이프부(213)의 외주면에 연결하더라도 터보차저(20)의 서징 현상을 방지할 수 있게 한다.
또한, 확장 커넥션 파이프부(213)의 내부에 복수 개의 공기 유로막(213a)을 구비시켜 압축 공기의 흐름을 방사상으로 분산시킴으로써, 커넥션 파이프(210) 내부로 유입되는 압축 공기의 압축력을 완화시킬 수 있어, 터보차저(20)의 서징 현상을 방지할 수 있게 한다.
이와 같이, 하부 커넥션 파이프부(212)와 상부 커넥션 파이프부(214) 사이에 확장 커넥션 파이프부(213)를 구비시킴으로써, 블로우 오프 파이프(220)의 내경(d2)을 기존의 블로우 오프 파이프(120)의 내경(d1)보다 작게 할 수 있고, 결국 커넥션 파이프(210)의 높이(h2)를 줄어든 내경(d2)의 크기만큼 낮게 할 수 있다. 이로써, 커넥션 파이프(210)의 높이(h2)를 기존의 커넥션 파이프(110)의 높이(h1)보다 낮게 하더라도 터보차저(20)의 서징 현상은 기존의 차지 에어 블로우 시스템(100)과 동일하거나 유사하게 유지시킬 수 있고, 엔진(10)의 진동 현상은 현격히 개선시킬 수 있게 된다.
블로우 오프 파이프(220)는, 커넥션 파이프(210)의 일부분인 확장 커넥션 파이프(213)의 외주면에 연결될 수 있고, 일부분에 후술할 블로우 오프 밸브(230)가 설치될 수 있으며, 확장 커넥션 파이프(213)에 유입된 압축 공기를 대기중으로 방출시킬 수 있게 한다.
블로우 오프 파이프(220)는, 상기한 바와 같이 커넥션 파이프(210) 내부의 유효 공간 면적이 증가되어, 동일한 조건일 경우 블로우 오프 파이프(220)의 폭(d2)을 기존의 블로우 오프 파이프(220)의 폭(d1)보다 작게 형성할 수 있다.
블로우 오프 밸브(230)는, 블로우 오프 파이프(220)의 일부분에 설치될 수 있다.
블로우 오프 밸브(230)는, 컷 오프 밸브(11)가 개방되었을 때 폐쇄되고, 컷 오프 밸브(11)가 폐쇄되었을 때 개방되어, 압축 공기가 엔진(10)으로 공급될 수 있도록 하거나, 압축 공기가 대기중으로 방출될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 실시예는, 커넥션 파이프(210)의 중간 부분에 외측으로 폭을 넓힌 확장 커넥션 파이프부(213)를 형성시켜, 압축 공기의 양을 커넥션 파이프(210)의 내부에 최대한 수용할 수 있도록 하고, 확장 커넥션 파이프부(213)의 내부에 공기 유로막(213a)을 복수 개로 구비시켜 압축 공기의 흐름을 방사상으로 분산시킴으로써, 커넥션 파이프(210)의 유효 공간 면적을 기존의 커넥션 파이프(110)를 기준으로 증가시킬 수 있고, 블로우 오프 파이프(220)의 내경을 기존의 블로우 오프 파이프(120)를 기준으로 작게 할 수 있어, 차지 에어 블로우 오프 시스템(200)의 기능인 터보차저(20)의 서징 현상을 방지하면서 커넥션 파이프(210)의 높이(h2)를 더욱 줄일 수 있어 엔진(10)의 진동 현상을 더욱 개선시킬 수 있다.
따라서 본 실시예는, 컴프레셔로부터 유입되는 압축 공기를 커넥션 파이프 내부에 일시적으로나 수용하여 대기중으로의 방출을 지연할 수 있는 공간을 확보할 수 없을 경우, 터보차저의 서징 현상을 방지하기 위해 블로우 오프 파이프의 내경을 압축 공기의 양을 충분히 방출할 수 있는 크기가 되도록 해야함으로써, 커넥션 파이프의 높이가 블로우 오프 파이프의 내경에 의해 결정되어야 함을 고려할 때, 커넥션 파이프의 높이를 낮추는데 한계가 있어, 엔진의 진동 특성을 개선하는데 한계가 있고, 엔진 룸의 크기에 제약을 받는 선박내 설치 조건을 감안하였을 때에도 단점으로 작용하는 종래 문제를 모두 해결할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 엔진 11: 셧 오프 밸브
20: 터보차저 21: 컴프레셔
21a: 컴프레셔 휠 22: 터빈
22a: 터빈 휠 23: 축
100. 200: 차지 에어 블로우 오프 시스템 110, 210: 커넥션 파이프
211: 하부 플랜지 212: 하부 커넥션 파이프부
213: 확장 커넥션 파이프부 214: 상부 커넥션 파이프부
215: 상부 플랜지 120, 220: 블로우 오프 파이프
130, 230: 블로우 오프 밸브

Claims (5)

  1. 엔진의 컷 오프 밸브와 터보차저의 컴프레셔 사이에 설치되며, 상기 컴프레셔로부터 유입되는 압축 공기를 수용하는 커넥션 파이프;
    상기 커넥션 파이프의 외주면에 연결되며, 상기 압축 공기를 대기중으로 방출하는 블로우 오프 파이프; 및
    상기 블로우 오프 파이프의 일부분에 설치되는 블로우 오프 밸브를 포함하되,
    상기 커넥션 파이프는,
    복수 개의 볼트 체결 홀이 구비되어 상기 컷 오프 밸브에 연결되는 하부 플랜지;
    하단부가 상기 하부 플랜지에 부착되는 하부 커넥션 파이프부;
    하면이 상기 커넥션 파이프부의 상단부에 연결되는 확장 커넥션 파이프부;
    하단부가 상기 확장 커넥션 파이프부의 상면에 연결되는 상부 커넥션 파이프부; 및
    상기 커넥션 파이프부의 상단부에 부착되며, 복수 개의 볼트 체결 홀이 구비되어 상기 컴프레셔에 연결되는 상부 플랜지를 포함하고,
    상기 확장 커넥션 파이프부는,
    상기 블로우 오프 파이프에 연결되며, 상기 하부 커넥션 파이프부 및 상기 상부 커넥션 파이프부 각각의 폭보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 차지 에어 블로우 오프 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 확장 커넥션 파이프부는,
    내부에 복수 개의 공기 유로막이 구비되는 것을 특징으로 하는 차지 에어 블로우 오프 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 공기 유로막은,
    상기 압축 공기의 흐름이 방사상으로 분산되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차지 에어 블로우 오프 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 블로우 오프 파이프는,
    상기 확장 커넥션 파이프의 외주면에 연결되는 것을 특징으로 하는 차지 에어 블로우 오프 시스템.
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