KR102113973B1 - A Low Pressure Turbine Type of an Apparatus for Decreasing a Determinant Generated in an Internal Combustion Engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치에 관한 것이고, 구체적으로 디젤 엔진과 같은 내연 기관에 설치되어 배출 가스에 의하여 저압 터빈을 작동시켜 산소를 발생시키는 것에 의하여 완전 연소를 유도하여 오염 물질의 배출이 감소되도록 하는 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치에 관한 것이다. 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치는 배출 기체(EG)의 압력을 동력으로 변환하는 변환 모듈(CV)에 의하여 작동되는 발전기(11); 발전기(11)로부터 발생된 전력에 의하여 작동되는 산소 분리기(12); 및 산소 분리기(12)에 의하여 분리된 산소를 내연 기관(EN)으로 공급하는 연소 공급 조절 모듈(13)을 포함한다.The present invention relates to a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine, and is specifically installed in an internal combustion engine such as a diesel engine to induce complete combustion by operating a low pressure turbine by exhaust gas to generate oxygen, thereby contaminating pollutants. It relates to a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine to reduce emissions. The low-pressure turbine type pollution reduction device for an internal combustion engine includes a generator 11 operated by a conversion module CV converting pressure of the exhaust gas EG into power; An oxygen separator 12 operated by electric power generated from the generator 11; And a combustion supply control module 13 that supplies oxygen separated by the oxygen separator 12 to the internal combustion engine EN.

Description

내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치{A Low Pressure Turbine Type of an Apparatus for Decreasing a Determinant Generated in an Internal Combustion Engine}A Low Pressure Turbine Type of an Apparatus for Decreasing a Determinant Generated in an Internal Combustion Engine}

본 발명은 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치에 관한 것이고, 구체적으로 디젤 엔진과 같은 내연 기관에 설치되어 배출 가스에 의하여 저압 터빈을 작동시켜 산소를 발생시키는 것에 의하여 완전 연소를 유도하여 오염 물질의 배출이 감소되도록 하는 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine, and is specifically installed in an internal combustion engine such as a diesel engine to induce complete combustion by operating a low pressure turbine by exhaust gas to generate oxygen, thereby contaminating pollutants. It relates to a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine to reduce emissions.

운행되는 전체 차량의 큰 부분을 차지하는 내연 기관에 의한 배출 기체는 다양한 형태의 질소 화합물 및 입자 형태의 물질을 포함하고 이로 인하여 주요 환경오염원으로 지적되고 있다. 내연 기관의 이와 같은 단점을 해결하기 위하여 내연 기관의 연소 효율을 높이면서 배출 기체에 포함된 오염 물질을 정화시키는 다양한 형태의 기술이 이 분야에 공지되어 있다. 특허공개번호 제10-2014-0106345호는 연소율을 향상시켜 매연발생을 감소시키고 연료를 감소시키는 내연기관용 장치에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2010-0045517호는 내연 기관에 가열된 연료를 공급하는 장치에 대하여 개시한다. 내연기관의 연소 효율을 향상시키면서 오염물질의 배출을 위하여 내연 기관에서 완전 연소 또는 그에 가까운 반응이 발생되는 것이 유리하고, 이를 위하여 충분한 양의 산소가 공급되면서 질소의 주입이 제한되는 것이 유리하다. 그러나 선행기술은 이와 같은 방법에 대하여 개시하지 않는다. Exhaust gas by internal combustion engines, which occupy a large portion of the entire vehicle in operation, contains various types of nitrogen compounds and particulate matter, and has been pointed out as a major environmental pollutant. In order to solve this disadvantage of the internal combustion engine, various types of technologies are known in the art to purify the pollutants contained in the exhaust gas while increasing the combustion efficiency of the internal combustion engine. Patent Publication No. 10-2014-0106345 discloses an apparatus for an internal combustion engine that reduces combustion and reduces fuel by improving the combustion rate. In addition, Patent Publication No. 10-2010-0045517 discloses an apparatus for supplying heated fuel to an internal combustion engine. In order to improve the combustion efficiency of the internal combustion engine, it is advantageous that a complete combustion or a reaction close thereto occurs in the internal combustion engine to discharge pollutants, and for this, it is advantageous to limit nitrogen injection while supplying a sufficient amount of oxygen. However, the prior art does not disclose such a method.

본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다. The present invention is to solve the problems of the prior art has the following purposes.

선행기술 1: 특허공개번호 제10-2014-0106345호(조원대, 2014년09월03일 공개) 내연기관 오염발생 감소장치Prior Art 1: Patent Publication No. 10-2014-0106345 (Chowon University, published on September 03, 2014) Internal combustion engine pollution reduction device 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2010-0045517호(콘티넨탈 오토모티브 게엠베하, 2010년05월03일 공개) 내연 기관을 작동하기 위한 장치, 방법, 컴퓨터 프로그램 및 제어기Prior Art 2: Patent Publication No. 10-2010-0045517 (Continental Automotive GmbH, published on May 03, 2010) Apparatus, method, computer program and controller for operating an internal combustion engine

본 발명의 목적은 배출 기체에 의하여 저압 터빈을 작동시켜 발생되는 전력으로 산소를 분리하여 내연 기관에 공급하는 것에 의하여 연소 효율이 향상되면서 오염물질의 발생을 감소시키는 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to reduce the generation of pollutants while improving combustion efficiency by separating oxygen into power generated by operating a low pressure turbine by exhaust gas and supplying it to an internal combustion engine. Is to provide

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치는 배출 기체의 압력을 동력으로 변환하는 변환 모듈에 의하여 작동되는 발전기; 발전기로부터 발생된 전력에 의하여 작동되는 산소 분리기; 및 산소 분리기에 의하여 분리된 산소를 내연 기관으로 공급하는 연소 공급 조절 모듈을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a low pressure turbine type pollution reduction device for an internal combustion engine includes a generator operated by a conversion module that converts the pressure of the exhaust gas into power; An oxygen separator operated by electric power generated from a generator; And a combustion supply control module that supplies oxygen separated by the oxygen separator to the internal combustion engine.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 변환 모듈은 저압 터빈이 되고, 산소 분리기는 흡착 방식으로 외부 공기로부터 산소를 분리시킨다.According to another suitable embodiment of the present invention, the conversion module becomes a low pressure turbine, and the oxygen separator separates oxygen from external air in an adsorption manner.

본 발명에 따른 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치는 디젤엔진과 같은 내연 기관에 적용되어 적절한 양의 산소가 공급되면서 질소의 유입이 감소되도록 하는 것에 의하여 완전 연소가 되도록 한다. 이에 의하여 오염물질의 발생을 감소시키면서 연료 효율이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 공해 저감 장치는 배출 기체의 배출 압력을 이용하여 전력을 발생시켜 산소를 분리시키는 것에 의하여 산소 분리에 따른 연료 소비가 방지되도록 하면서 배출 기체의 배출에 따른 환경 온도의 상승 또는 소음의 발생이 방지되도록 한다. The low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine such as a diesel engine to ensure complete combustion by reducing the inflow of nitrogen while supplying an appropriate amount of oxygen. Accordingly, fuel efficiency is improved while reducing the generation of pollutants. The pollution reduction device according to the present invention generates electricity by using the discharge pressure of the exhaust gas to separate the oxygen, thereby preventing fuel consumption due to oxygen separation while raising the environmental temperature or generating noise due to the discharge of the exhaust gas To prevent this.

도 1은 본 발명에 따른 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 공해 저감 장치에 적용되는 저압 터빈의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 공해 저감 장치에 적용되는 산소 분리 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 공해 저감 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다. 1 shows an embodiment of a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine according to the present invention.
Figure 2 shows an embodiment of the operating structure of a low pressure turbine applied to the pollution reduction device according to the present invention.
Figure 3 shows an embodiment of the oxygen separation module applied to the pollution reduction device according to the present invention.
Figure 4 shows an embodiment of the operating structure of the pollution reducing device according to the present invention.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다. The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments presented in the accompanying drawings, but the embodiments are intended for a clear understanding of the present invention and the present invention is not limited thereto. In the following description, components having the same reference numerals in different drawings have similar functions, and are not described repeatedly unless necessary for understanding of the invention, and well-known components are briefly described or omitted, but the present invention It should not be understood as being excluded from the embodiment.

도 1은 본 발명에 따른 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치의 실시 예를 도시한 것이다. 1 shows an embodiment of a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine according to the present invention.

도 1을 참조하면, 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치는 배출 기체(EG)의 압력을 동력으로 변환하는 변환 모듈(CV)에 의하여 작동되는 발전기(11); 발전기(11)로부터 발생된 전력에 의하여 작동되는 산소 분리기(12); 및 산소 분리기(12)에 의하여 분리된 산소를 내연 기관(EN)으로 공급하는 연소 공급 조절 모듈(13)을 포함한다. Referring to Figure 1, a low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine includes a generator 11 operated by a conversion module (CV) that converts the pressure of the exhaust gas (EG) into power; An oxygen separator 12 operated by electric power generated from the generator 11; And a combustion supply control module 13 that supplies oxygen separated by the oxygen separator 12 to the internal combustion engine EN.

내연 기관(EN)은 다양한 종류의 자동차를 비롯하여 선박, 열차, 대형 중장비, 디젤 잠수함 또는 선박용 저압 스팀 보일러에 적용되어 같이 연료의 연소에 의하여 동력을 발생시키는 다양한 형태의 엔진을 포함한다. 내연 기관의 작동에 따라 고압 및 고온의 배출 기체가 외부로 배출될 수 있고, 변환 모듈(CV)은 이와 같은 배출 기체를 다양한 형태의 에너지 또는 에너지의 생성이 가능한 형태로 변환시키는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 변환 모듈(CV)은 저압 터빈 또는 이와 유사한 전력 생산 수단이 될 수 있다. 또한 변환 모듈(CV)은 배출 기체의 유동을 조절하여 높은 압력을 가진 유체의 흐름을 발생시키는 유동 조절 수단을 포함할 수 있다. 변환 모듈(CV)은 배출 기체(EG)로부터 발전기(11)를 작동시키는 다양한 구조를 가질 수 있고, 본 발명은 이에 의하여 제한되지 않는다. The internal combustion engine (EN) includes various types of engines that are applied to various types of automobiles, ships, trains, heavy heavy equipment, diesel submarines, or low pressure steam boilers for ships to generate power by combustion of fuel. Depending on the operation of the internal combustion engine, high-pressure and high-temperature exhaust gases may be discharged to the outside, and the conversion module (CV) may have a function of converting such exhaust gases into a form capable of generating various types of energy or energy. . For example, the conversion module (CV) can be a low pressure turbine or similar means of power generation. In addition, the conversion module (CV) may include flow control means for regulating the flow of the exhaust gas to generate a flow of a fluid with high pressure. The conversion module CV may have various structures for operating the generator 11 from the exhaust gas EG, and the present invention is not limited thereby.

발전기(11)는 변환 모듈(CV)에 의하여 변환된 에너지로부터 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있고, 다양한 형태의 회전 계자 구조 또는 회전 전자기 구조의 발전기가 될 수 있다. 그리고 발전기(11)에 의하여 생산된 전기는 축전지에 저장이 될 수 있고, 축전지에 의하여 공해 저감 장치가 작동될 수 있다. The generator 11 may have various structures capable of producing electricity from energy converted by the conversion module CV, and may be generators of various types of rotating field structures or rotating electromagnetic structures. In addition, electricity produced by the generator 11 may be stored in a storage battery, and a pollution reduction device may be operated by the storage battery.

산소 분리기(12)는 공기 유도 모듈(15)로부터 유도되어 주입되는 외부 공기로부터 산소 및 질소를 분리시키고, 분리된 산소를 산소 저장 탱크에 저장하면서 분리된 질소를 외부로 배출시키는 기능을 한다. 공기 유도 모듈(15)은 외부 공기를 산소 분리기(12)로 유도시키는 기능을 가질 수 있고, 공기 유도 모듈(15)은 유입 팬, 압력 조절 수단 또는 전자 제어 밸브를 포함할 수 있다. 공기 유도 모듈(15)은 외부 환경과 연결되어 외부의 산소를 유도하는 유도 도관 또는 유입 홀; 유입 도관 또는 유입 홀을 통하여 외부 공기가 유입되도록 하는 유입 팬; 유입된 공기의 양에 따라 압축 또는 팽창이 되는 조절 하우징; 및 산소 분리기(12)의 압력에 따라 개폐 여부 또는 개폐 수준이 조절되는 전자 제어 밸브로 이루어질 수 있다. 이와 같이 외부 공기를 조절된 양으로 유입시키는 공기 유도 모듈(15)에 의하여 유도된 외부 공기는 산소 분리기(12)로 유도될 수 있다. The oxygen separator 12 functions to separate oxygen and nitrogen from external air introduced from the air induction module 15 and to discharge the separated nitrogen to the outside while storing the separated oxygen in an oxygen storage tank. The air induction module 15 may have a function of directing external air to the oxygen separator 12, and the air induction module 15 may include an inlet fan, a pressure regulating means, or an electronic control valve. The air induction module 15 is connected to an external environment to induce an external oxygen induction conduit or inlet hole; An inlet fan that allows external air to flow through the inlet conduit or inlet hole; A control housing that is compressed or expanded according to the amount of air introduced; And an electronic control valve in which the opening or closing level is adjusted according to the pressure of the oxygen separator 12. The external air induced by the air induction module 15 that introduces the external air in a controlled amount as described above may be led to the oxygen separator 12.

산소 분리기(12)는 유도된 외부 공기로부터 산소를 분리시켜 저장하는 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 제올라이트와 같은 흡착 수단에 대하여 서로 다른 흡착 특성을 가지는 흡착 소재에 의하여 공기로부터 질소를 분리시킬 수 있다. 그리고 분리된 산소를 저장하면서 연소 공급 조절 모듈(13)로 공급할 수 있다. 연소 공급 조절 모듈(13)은 내연 기관(EN)으로 산소를 공급하는 기능을 가질 수 있다. 연소 공급 조절 모듈(13)은 예를 들어 기화기의 내부로 주입되는 연료와 혼합되는 공기를 주입하는 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 내연 기관(EN)의 흡기관과 연결될 수 있다. 또는 연소 공급 조절 모듈(13)은 내연 기관의 실린더 내부로 공기를 유입시키는 주입 도관과 연결되어 보조 주입 기능을 가질 수 있다. 이와 같은 경우 연소 공급 조절 모듈(13)에 의하여 연소실로 공급되는 공기에서 산소의 양이 증가되도록 하는 기능을 가질 수 있다. 이와 같이 연소 공급 조절 모듈(13)은 내연 기관(EN)으로 공급되어 연료와 혼합되는 공기에 포함되는 산소의 비율을 향상시키는 기능을 가질 수 있다. 연소 공급 조절 모듈(13)의 출구에 온도 조절 유닛(131)이 설치될 수 있고, 온도 조절 유닛(131)에 의하여 내연 기관(EN)으로 공급되는 산소의 온도가 조절될 수 있다.The oxygen separator 12 may have a function of separating and storing oxygen from the induced external air, and nitrogen can be separated from the air by adsorption materials having different adsorption characteristics with respect to adsorption means such as zeolite, for example. have. And while storing the separated oxygen can be supplied to the combustion supply control module (13). The combustion supply control module 13 may have a function of supplying oxygen to the internal combustion engine EN. The combustion supply control module 13 may, for example, have a function of injecting air mixed with fuel injected into the carburetor, and may be connected to an intake pipe of the internal combustion engine EN, for example. Alternatively, the combustion supply control module 13 may be connected to an injection conduit for introducing air into the cylinder of the internal combustion engine to have an auxiliary injection function. In this case, it may have a function of increasing the amount of oxygen in the air supplied to the combustion chamber by the combustion supply control module 13. As such, the combustion supply control module 13 may have a function of supplying the internal combustion engine EN to improve the proportion of oxygen contained in air mixed with fuel. The temperature control unit 131 may be installed at the outlet of the combustion supply control module 13, and the temperature of the oxygen supplied to the internal combustion engine EN may be controlled by the temperature control unit 131.

본 발명에 따른 공해 저감 장치는 적어도 하나의 모듈 형상으로 만들어질 수 있고, 내연 기관(EN)의 배출구 또는 엔진 주변부에 설치 또는 장착될 수 있는 구조로 만들어질 수 있다. 변환 모듈(CV)과 발전기(11)는 내연 기관(EN)의 배출구에 설치될 수 있고, 산소 분리기(12)와 연소 공급 조절 모듈(13)은 엔진 근처에 장착될 수 있다. 그리고 발전기(11)에서 발생된 전력은 축전지에 저장이 되고, 축전지는 적절한 배선에 의하여 산소 분리기(12) 또는 연소 공급 조절 모듈(13)에 전력을 공급할 수 있다. 또는 변환 모듈(CV) 또는 발전기(11)는 엔진에서 기체가 배출되는 배출구에 설치될 수 있다. 이와 같이 공해 저감 장치는 하나 또는 그 이상의 모듈로 만들어져 다양한 위치에 배치되어 서로 연결될 수 있다. The pollution reduction device according to the present invention may be made of at least one module shape, and may be made of a structure that can be installed or mounted on the outlet of the internal combustion engine (EN) or around the engine. The conversion module CV and the generator 11 may be installed at the outlet of the internal combustion engine EN, and the oxygen separator 12 and the combustion supply control module 13 may be mounted near the engine. And the power generated by the generator 11 is stored in the storage battery, the storage battery can supply power to the oxygen separator 12 or the combustion supply control module 13 by appropriate wiring. Alternatively, the conversion module (CV) or the generator 11 may be installed at an outlet through which gas is discharged from the engine. As described above, the pollution reduction device may be made of one or more modules and disposed at various positions to be connected to each other.

도 2는 본 발명에 따른 공해 저감 장치에 적용되는 저압 터빈의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다. Figure 2 shows an embodiment of the operating structure of a low pressure turbine applied to the pollution reduction device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 공해 저감 장치에 적용되는 저압 터빈의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다. Figure 2 shows an embodiment of the operating structure of a low pressure turbine applied to the pollution reduction device according to the present invention.

도 2를 참조하면, 제어 유닛(21)에 의하여 발전기(11)의 작동이 제어될 수 있고, 발전기(11)는 터빈(14)에 의하여 작동될 수 있다. 터빈(14)은 예를 들어 반동 터빈 또는 반작용 터빈과 같은 것이 될 수 있다. 터빈(14)은 내연 기관의 엔진으로부터 배출되는 배출 기체에 의하여 또는 배출 기체로부터 발생된 증기에 의하여 작동될 수 있다. 터빈(14)은 실린더 형상의 하우징(H); 하우징(H)의 내부에 배치되는 회전축(143); 회전축(143)에 결합되는 다수 개의 블레이드(144); 및 발전기(11)와 연결되는 작동 축(145)으로 이루어질 수 있다. 터빈(14)은 예를 들어 1 내지 20 kg/㎠의 압력 및 100 내지 500 ℃의 온도에서 작동하는 저압 터빈이 될 수 있다. 엔진의 배출 기체는 하우징(H)에 형성된 입구(141)를 통하여 유입되어 블레이드(144)를 회전시키고, 출구(142)를 통하여 배출될 수 있다. 이에 따라 회전축(143)과 작동 축(145)이 회전이 되어 발전기(11)를 작동시킬 수 있다. 발전기(11)와 터빈(14)은 하나의 모듈로 만들어질 수 있고, 다수 개의 마이크로 저압 터빈 및 마이크로 발전기 구조로 만들어질 수 있다. 발전기(11)에서 발생된 전력에 의하여 축전지(22)가 충전이 되고, 축전지(22)에 의하여 산소 분리기(12) 또는 다른 장치가 작동될 수 있다. 그리고 발전기(11) 또는 축전지(22)의 작동이 제어 유닛(21)에 의하여 제어될 수 있다. 터빈(14)의 구동을 위하여 하우징(H)으로 유입 또는 배출되는 배출 기체의 온도 또는 압력이 적절하게 조절될 필요가 있다. 엔진으로부터 배출되는 배출 기체(EG)는 필터(23)를 경유하여 유입 조절 유닛(24)으로 유입될 수 있다. 유입 조절 유닛(24)은 필터(23)를 향하는 흐름을 방지하는 역류 방지 수단을 가지면서 유입되는 기체의 양에 따라 온도/압력 조절 유닛(25)으로 이송되는 기체의 양이 결정될 수 있다. 필터(23)를 경유하여 유입 조절 유닛(24)으로 유입된 기체에 의하여 유입 조절 유닛(24)의 내부 압력이 높아지고, 미리 결정된 범위의 압력에 도달하면 기체가 온도/압력 조절 유닛(25)으로 이송될 수 있다. 온도/압력 조절 유닛(25)은 기체의 팽창 또는 유입 속력을 조절하는 것에 의하여 터빈(14)의 입구(141)로 유입되는 기체의 온도 또는 압력을 조절할 수 있다. 입구(141)를 통하여 유입되는 기체의 온도 또는 압력은 저압 터빈(14)의 성능에 따라 조절될 수 있다. 이후 터빈(14)의 출구(142)를 통하여 배출된 기체는 배출 조절 유닛(26)을 경유하여 엔진의 배출 장치로 유도될 수 있다. 배출 조절 유닛(26)은 배출되는 기체의 압력 또는 온도를 조절하는 수단을 포함할 수 있다. 2, the operation of the generator 11 can be controlled by the control unit 21, and the generator 11 can be operated by the turbine 14. The turbine 14 can be, for example, a recoil turbine or a reaction turbine. The turbine 14 can be operated by the exhaust gas discharged from the engine of the internal combustion engine or by steam generated from the exhaust gas. The turbine 14 includes a cylinder-shaped housing H; A rotating shaft 143 disposed inside the housing H; A plurality of blades 144 coupled to the rotating shaft 143; And an operating shaft 145 connected to the generator 11. The turbine 14 can be, for example, a low pressure turbine operating at a pressure of 1 to 20 kg/cm 2 and a temperature of 100 to 500 °C. The exhaust gas of the engine may be introduced through the inlet 141 formed in the housing H to rotate the blade 144, and discharged through the outlet 142. Accordingly, the rotation shaft 143 and the operation shaft 145 are rotated to operate the generator 11. The generator 11 and the turbine 14 may be made of a single module, and may be made of a plurality of micro low pressure turbine and micro generator structures. The storage battery 22 is charged by the electric power generated by the generator 11, and the oxygen separator 12 or other devices may be operated by the storage battery 22. And the operation of the generator 11 or the storage battery 22 can be controlled by the control unit 21. In order to drive the turbine 14, the temperature or pressure of the exhaust gas flowing into or out of the housing H needs to be properly adjusted. The exhaust gas EG discharged from the engine may be introduced into the inflow control unit 24 via the filter 23. The inflow regulating unit 24 may have a countercurrent preventing means for preventing the flow toward the filter 23, and the amount of gas transferred to the temperature/pressure regulating unit 25 may be determined according to the amount of the incoming gas. The internal pressure of the inflow control unit 24 is increased by the gas introduced into the inflow control unit 24 via the filter 23, and when the pressure in a predetermined range is reached, the gas is transferred to the temperature/pressure control unit 25. Can be transported. The temperature/pressure control unit 25 may adjust the temperature or pressure of the gas flowing into the inlet 141 of the turbine 14 by adjusting the expansion or inflow velocity of the gas. The temperature or pressure of the gas flowing through the inlet 141 may be adjusted according to the performance of the low pressure turbine 14. Subsequently, the gas discharged through the outlet 142 of the turbine 14 may be guided to the engine discharge device via the discharge control unit 26. The exhaust control unit 26 may include means for adjusting the pressure or temperature of the exhaust gas.

저압 터빈(14)은 다양한 구조로 작동될 수 있고, 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. The low pressure turbine 14 can be operated in a variety of structures, and is not limited to the presented embodiment.

도 3은 본 발명에 따른 공해 저감 장치에 적용되는 산소 분리 모듈의 실시 예를 도시한 것이다. Figure 3 shows an embodiment of the oxygen separation module applied to the pollution reduction device according to the present invention.

도 3을 참조하면, 외부 공기는 필터(31)를 경유하여 압축기(32)로 유도될 수 있고, 압축기(32)는 압축 펌프를 포함할 수 있다. 압축기(32)에 의하여 압축이 된 외부 공기는 공급 조절 모듈(33)로 유도될 수 있고, 공급 조절 모듈(33)에서 압축 공기의 온도 또는 습도가 조절될 수 있다. 공급 조절 모듈(33)에서 온도와 습도가 조절된 압축 공기는 체크 밸브와 같은 밸브 유닛(V1, V2)을 경유하여 흡착 유닛(34a, 34b)으로 유도될 수 있다. 흡착 유닛(34a, 34b)은 예를 들어 제올라이트와 같은 질소에 대한 높은 흡착 특성을 가진 흡착 패드를 포함할 수 있다. 흡착 패드는 다수 개의 흡착판으로 이루어질 수 있고, 산소 분리 공정(Pressure Swing Adsorption)에 의하여 유입된 압축 공기로부터 산소를 분리할 수 있다. 다수 개의 흡착 유닛(34a, 34b)이 서로 병렬로 연결되어 순차적으로 작동될 수 있다. 예를 들어 제1 흡착 유닛(34a)으로 압축 공기가 투입되어 산소가 분리되어 배출 조절 모듈(35)로 유도될 수 있다. 산소의 분리 과정에서 제1 흡착 유닛(34a)의 흡착 성능이 저하되면 제1 흡착 유닛(34a)과 연결된 밸브 유닛(V1, V3)이 잠기고, 제2 흡착 유닛(34b)으로 압축 공기가 유도되어 산소가 분리되고, 분리된 산소는 배출 조절 유닛(35)으로 유도될 수 있다. 이와 같은 과정에서 제1 흡착 유닛(34a)에 흡착된 질소는 배출 펌프(38)의 작동에 의하여 외부로 배출될 수 있다. 제1, 2 흡착 유닛(34a, 34b)에 의하여 질소가 분리되어 산소의 농도가 증가된 농축 공기는 배출 조절 모듈(35)을 경유하여 저장 탱크(36)에 저장될 수 있다. 이후 엔진의 작동에 따라 공급 조절 유닛(37)을 통하여 연소실로 공급될 수 있다. 공급 조절 유닛(37)은 연소실로 공급되는 농축 공기의 온도, 압력 또는 연료에 대한 혼합 비율을 결정할 수 있다. 공급 조절 유닛(37)은 ECU(전자 제어 유닛)으로부터 또는 엔진의 작동 상태를 탐지하는 다른 탐지 수단과 연결되어 엔진의 작동 상태를 탐지할 수 있다. 그리고 탐지된 작동 상태에 따라 연소실로 공급되는 농축 공기의 양 및 온도를 조절하여 연소실에서 완전 연소가 되도록 할 수 있다. Referring to FIG. 3, external air may be led to the compressor 32 via the filter 31, and the compressor 32 may include a compression pump. The external air compressed by the compressor 32 may be led to the supply control module 33, and the temperature or humidity of the compressed air may be controlled in the supply control module 33. The compressed air whose temperature and humidity are controlled in the supply control module 33 may be led to the adsorption units 34a and 34b via valve units V1 and V2 such as check valves. The adsorption units 34a, 34b may include adsorption pads having high adsorption properties to nitrogen, such as zeolite, for example. The adsorption pad may be formed of a plurality of adsorption plates, and oxygen may be separated from compressed air introduced by an oxygen swing process (Pressure Swing Adsorption). A plurality of adsorption units (34a, 34b) are connected in parallel with each other can be operated sequentially. For example, compressed air may be introduced into the first adsorption unit 34a to separate oxygen and lead to the emission control module 35. When the adsorption performance of the first adsorption unit 34a decreases during the separation process of oxygen, the valve units V1 and V3 connected to the first adsorption unit 34a are locked, and compressed air is induced to the second adsorption unit 34b. The oxygen is separated, and the separated oxygen can be led to the emission control unit 35. In this process, nitrogen adsorbed on the first adsorption unit 34a may be discharged to the outside by the operation of the discharge pump 38. Nitrogen is separated by the first and second adsorption units 34a and 34b and concentrated air having an increased concentration of oxygen may be stored in the storage tank 36 via the discharge control module 35. Then, it can be supplied to the combustion chamber through the supply control unit 37 according to the operation of the engine. The supply control unit 37 may determine the temperature, pressure, or mixing ratio for fuel of the concentrated air supplied to the combustion chamber. The supply control unit 37 can detect the operating state of the engine from an ECU (electronic control unit) or in connection with other detection means for detecting the operating state of the engine. In addition, the amount and temperature of the concentrated air supplied to the combustion chamber may be adjusted according to the detected operating state to ensure complete combustion in the combustion chamber.

외부 공기의 유입, 산소의 분리 또는 농축 산소의 공급은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. The introduction of external air, the separation of oxygen or the supply of concentrated oxygen can be made in various ways and is not limited to the presented embodiment.

도 4는 본 발명에 따른 공해 저감 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다. Figure 4 shows an embodiment of the operating structure of the pollution reducing device according to the present invention.

도 4를 참조하면, 제어 유닛(21)에 의하여 공해 저감 장치의 전체 작동이 제어될 수 있고, 제어 유닛(21)의 배출 기체 유닛(41) 및 외부 환경 유닛(42)의 작동을 제어하여 터빈의 작동 및 외부 공기의 유입을 조절할 수 있다. 제어 유닛(21)은 발전기(11)에서 생성된 전력을 저장하는 축전지(22)의 상태를 탐지할 수 있고, 제어 유닛(21)은 또한 엔진의 작동 상태를 탐지할 수 있다. 제어 유닛(11)은 발전기(11)의 작동을 제어하여 발생된 전력이 축전지(22)에 저장이 되도록 하면서 산소 분리기(12)의 작동을 제어할 수 있다. 축전지(22)로부터 공급되는 전력에 의하여 산소 분리기(12)가 작동되어 산소가 분리될 수 있고, 분리된 산소가 공기 흡입 조절 유닛(44)을 통하여 연소실로 공급될 수 있다. 공기 흡입 조절 유닛(44)은 작동 데이터 유닛(441)에 의하여 생성된 작동 데이터에 기초하여 연소실로 공급되는 산소의 양을 조절할 수 있다. 작동 데이터는 엔진의 작동 상태에 따른 공기 주입의 양에 대한 데이터를 포함할 수 있고, 외부 환경에 따라 주입되어야 하는 공기의 양에 대한 데이터를 가질 수 있다. 제어 유닛(21)은 외부 환경 유닛(42)을 통하여 외부 환경을 탐지하면서 작동 탐지 유닛(43)으로 작동 상태 정보를 탐지할 수 있다. 그리고 탐지된 환경 정보 및 작동 상태 정보가 공기 흡입 조절 유닛(44)으로 전송될 수 있고, 공기 흡입 조절 유닛(44)은 전송된 정보에 기초하여 연소실로 공급되는 공기의 양을 조절할 수 있다. Referring to FIG. 4, the entire operation of the pollution reduction device may be controlled by the control unit 21, and the operation of the exhaust gas unit 41 and the external environment unit 42 of the control unit 21 may be controlled to control the turbine It can control the operation and inflow of external air. The control unit 21 can detect the state of the storage battery 22 that stores the power generated by the generator 11, and the control unit 21 can also detect the operating state of the engine. The control unit 11 may control the operation of the generator 11 while controlling the operation of the generator 11 so that the generated power is stored in the storage battery 22. The oxygen separator 12 may be operated by electric power supplied from the storage battery 22 to separate oxygen, and the separated oxygen may be supplied to the combustion chamber through the air intake control unit 44. The air intake adjustment unit 44 may adjust the amount of oxygen supplied to the combustion chamber based on the operation data generated by the operation data unit 441. The operation data may include data on the amount of air injection according to the operating state of the engine, and may have data on the amount of air to be injected according to the external environment. The control unit 21 may detect the operating environment information with the operation detection unit 43 while detecting the external environment through the external environment unit 42. And the detected environmental information and operating state information may be transmitted to the air intake control unit 44, and the air intake control unit 44 may adjust the amount of air supplied to the combustion chamber based on the transmitted information.

공해 저감 장치는 다양한 방법으로 작동될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. Pollution reducing devices can be operated in a variety of ways and are not limited to the presented embodiments.

본 발명에 따른 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치는 디젤엔진과 같은 내연 기관에 적용되어 적절한 양의 산소가 공급되면서 질소의 유입이 감소되도록 하는 것에 의하여 완전 연소가 되도록 한다. 이에 의하여 오염물질의 발생을 감소시키면서 연료 효율이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 공해 저감 장치는 배출 기체의 배출 압력을 이용하여 전력을 발생시켜 산소를 분리시키는 것에 의하여 산소 분리에 따른 연료 소비가 방지되도록 하면서 배출 기체의 배출에 따른 환경 온도의 상승 또는 소음의 발생이 방지되도록 한다. The low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine such as a diesel engine to ensure complete combustion by reducing the inflow of nitrogen while supplying an appropriate amount of oxygen. Accordingly, fuel efficiency is improved while reducing the generation of pollutants. The pollution reduction device according to the present invention generates electricity by using the discharge pressure of the exhaust gas to separate the oxygen, thereby preventing fuel consumption due to oxygen separation while raising the environmental temperature or generating noise due to the discharge of the exhaust gas To prevent this.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. The present invention has been described in detail with reference to the presented embodiments, but those skilled in the art will be able to make various modifications and modified inventions without departing from the technical spirit of the present invention with reference to the presented embodiments. . The present invention is not limited by such modified and modified inventions, but is limited by the appended claims.

11: 발전기 12: 산소 분리기
13: 연소 공급 조절 모듈 14: 터빈
15: 공기 유도 모듈 21: 제어 유닛
22: 축전지 23: 필터
24: 유입 조절 유닛 25: 온도/압력 조절 유닛
26: 배출 조절 유닛 31: 필터
32: 압축기 33: 공급 조절 모듈
34a, 34b: 제1, 2 흡착 유닛 35: 배출 조절 모듈
36: 저장 탱크 37: 공급 조절 유닛
38: 배출 펌프 41: 배출 기체 유닛
42: 외부 환경 유닛 43: 작동 탐지 유닛
44: 공기 흡입 조절 유닛 131: 온도 조절 유닛
141: 입구 142: 출구
143: 회전축 144: 블레이드
145: 작동 축 441: 작동 데이터 유닛
CV: 변환 모듈 EG: 배출 기체
EN: 내연 기관 H: 하우징
V1, V2, V3: 밸브 유닛11: generator 12: oxygen separator
13: combustion supply control module 14: turbine
15: air induction module 21: control unit
22: storage battery 23: filter
24: inflow control unit 25: temperature/pressure control unit
26: discharge control unit 31: filter
32: compressor 33: supply control module
34a, 34b: first and second adsorption units 35: exhaust control module
36: storage tank 37: supply control unit
38: exhaust pump 41: exhaust gas unit
42: external environment unit 43: operation detection unit
44: air intake control unit 131: temperature control unit
141: entrance 142: exit
143: rotating shaft 144: blade
145: working axis 441: working data unit
CV: Conversion module EG: Exhaust gas
EN: Internal combustion engine H: Housing
V1, V2, V3: valve unit

Claims (2)

내연 기관(EN)의 배출구에 설치되어 내연 기관(EN)의 작동에 따라 외부로 배출되는 배출 기체(EG)의 압력을 동력으로 변환하는 변환 모듈(CV)에 의하여 작동되는 발전기(11);
발전기(11)로부터 발생된 전력에 의하여 작동되는 산소 분리기(12); 및
산소 분리기(12)에 의하여 분리된 산소를 상기 내연 기관(EN)으로 공급하는 연소 공급 조절 모듈(13)을 포함하고,
변환 모듈(CV)은 저압 터빈(14)이 되고, 산소 분리기(12)는 흡착 방식으로 외부 공기로부터 산소를 분리시키며,
엔진의 작동 상태에 따른 공기 주입의 양에 대한 데이터 및 외부 환경에 따라 주입되어야 하는 공기의 양에 대한 데이터를 생성하는 작동 데이터 유닛(441)에 의하여 생성된 작동 데이터에 기초하여 연소실로 공급되는 산소의 양을 조절하는 공기 흡입 조절 유닛(22)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 저압 터빈 방식의 공해 저감 장치.
A generator 11 installed at the outlet of the internal combustion engine EN and operated by a conversion module CV converting the pressure of the exhaust gas EG discharged to the outside in accordance with the operation of the internal combustion engine EN;
An oxygen separator 12 operated by electric power generated from the generator 11; And
It includes a combustion supply control module 13 for supplying the oxygen separated by the oxygen separator 12 to the internal combustion engine (EN),
The conversion module (CV) becomes a low pressure turbine 14, and the oxygen separator 12 separates oxygen from external air by an adsorption method,
Oxygen supplied to the combustion chamber based on the operation data generated by the operation data unit 441 that generates data on the amount of air injection according to the operating state of the engine and the amount of air to be injected according to the external environment. Low-pressure turbine-type pollution reduction device for an internal combustion engine, characterized in that it further comprises an air intake control unit 22 for adjusting the amount of the.
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