KR102150160B1 - 엔진 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템은, 엔진 구동을 위해 압축공기를 발생시키는 터보차저; SCR 반응기용 에어 컴프레서 또는 서비스 에어 컴프레서에서 발생되는 압축공기를 사용하지 않거나 보조적으로 사용하기 위해, 상기 터보차저에서 발생되는 압축공기를 공급받아 씰링되거나 벤팅을 이루는 SCR 반응기; 및 상기 터보차저와 상기 SCR 반응기를 연통시켜, 상기 터보차저로부터 발생되는 압축공기를 상기 SCR 반응기로 경유시키는 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 시스템{engine system}
본 발명은 엔진 시스템에 관한 것이다.
엔진은 연소실에 유입된 공기를 고온 고압으로 압축하고 보다 큰 압력의 연료를 분사 및 미립화시켜 점화시킨 후 배기가스를 방출한다. 이때, 엔진은 연료의 효율을 상승시키기 위하여, 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급한다. 이를 위해, 엔진에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 주입하는 터보차저(Turbo Charger)가 엔진에 연결된다.
여기서, 엔진은 엔진회전수에 따라서 공기가 항상 과잉 공급되므로 유해물질인 질소산화물이 다량으로 배출되는데, 환경문제에 대한 규제에 의해, 유해물질을 제거할 필요가 있다. 이를 위해, 엔진의 배기라인에 SCR 반응기를 설치하게 된다.
예를 들어 SCR 반응기는, 엔진의 배기라인에 연결되고, 촉매를 포함하며, SCR 반응기의 촉매는 내구성이 강한 벌집(Honeycomb)형 코디에라이트(Cordierite) 등의 기질에 결합되어 반응탑에 여러 단으로 적재된다.
이러한 SCR 반응기는, 암모니아 등을 환원제로 이용하며, 고온으로 가열된 촉매에 환원제를 분사하여 질소산화물만을 선택적으로 환원시켜 질소가스로 바꿈으로써 유해물질을 저감시킨다.
한편 SCR 반응기는, 항상 구동이 되는 것은 아니며, 사용을 하지 않는 구간에서는 씰링 작업 즉, SCR 반응기의 내부를 압축 공기(compressed air)로 채워야 SCR 반응기의 내부가 산성이 되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 씰링 작업이전에는, SCR 반응기의 내부에 질소산화물 등이 남아 있지 않도록 3회 이상으로 압축공기를 유입 및 벤팅시키는 작업이 요구된다. 이와 같이 SCR 반응기는, 압축 공기를 공급받아야 하므로 별도로 SCR air compressor 와 SCR air dryer가 마련된다.
그런데 SCR air compressor 및 SCR air dryer는 선박의 운항 상태(condition)를 고려하여, 각 상태 중에서 가장 소모량이 큰 상태를 기준으로 용량이 결정되고, 통상적으로 이 용량은 SCR 반응기를 작동시키다 정지시키는 시점에서 사용되는 SCR chamber venting을 위한 압축 공기 소모량이 된다.
그러나 SCR 반응기의 챔버(chamber) 벤팅(venting)을 위한 압축공기 소모량은 SCR 반응기를 작동시키다 정지시키는 한시적인 시점에서 약 1시간 동안 SCR 반응기의 챔버의 부피(volume) 용적의 3배에 해당되는 압축공기를 사용하는 상태를 기준으로 하게 되며, 작동 상태(operation condition) 및 씰링 상태(SCR chamber sealing condition)에 비하여 비율이 매우 작다.
따라서 SCR 반응기 챔버의 벤팅을 위한 압축 공기 소비에 SCR air compressor 및 SCR air dryer용량을 맞추어 20% 이상 큰 장비를 설치하게 되어, 시스템이 비효율적이다.
또한, SCR 반응기의 챔버의 부피가 압축공기 소비에 직접적인 영향을 미치므로, 3.5% sulphur contents F.O 에 대한 HP SCR적용 등 SCR 반응기 챔버의 부피가 증가하는 경우에 따라서 SCR air compressor 및 SCR air dryer 용량이 증가하게 되는 바와 같이, 시스템의 효율화를 위한 개선이 요구된다.
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 SCR 반응기가 엔진에 공급되는 압축공기를 공급받아 SCR 반응기 챔버 벤팅에 사용함으로써, SCR 반응기용 에어 컴프레서를 생략하거나 축소할 수 있는 엔진 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템은, 엔진 구동을 위해 압축공기를 발생시키는 터보차저; SCR 반응기용 에어 컴프레서 또는 서비스 에어 컴프레서에서 발생되는 압축공기를 사용하지 않거나 보조적으로 사용하기 위해, 상기 터보차저에서 발생되는 압축공기를 공급받아 씰링되거나 벤팅을 이루는 SCR 반응기; 및 상기 터보차저와 상기 SCR 반응기를 연통시켜, 상기 터보차저로부터 발생되는 압축공기를 상기 SCR 반응기로 경유시키는 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 공급라인 상에 마련되고, 상기 엔진의 로드가 설정 로드 이하로 구동되는 경우, 상기 터보차저로부터 발생되는 압축공기가 상기 SCR 반응기로 공급되는 것을 차단하고, 상기 서비스 에어 컴프레서로부터 상기 SCR 반응기로 압축공기가 공급되도록 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 서비스 에어 컴프레서는, 선박에 서비스로 공급되는 압축공기를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 공급라인은, 상기 터보차저의 압축기로부터 공기가 유입되도록, 상기 엔진의 흡기라인 상에서 상기 압축기의 하류에서 분기되어 상기 SCR 반응기로 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
본 발명에 따른 엔진 시스템은, SCR 반응기가 엔진에 공급되는 압축공기를 공급받아 SCR 반응기 챔버의 벤팅/씰링에 적용되어, SCR 반응기용 에어 컴프레서를 생략하거나 축소할 수 있어, 시스템이 간소화 및 효율화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은, 엔진(110), 터보차저(120), SCR 반응기(130), 공급라인(140), 밸브(142)를 포함한다.
엔진(110)은, 액화가스의 연소에 의해 구동될 수 있으며, 프로펠러(도시하지 않음)를 구동시켜 선체의 전진 또는 후진을 이루거나, 또는 발전을 위한 엔진일 수도 있는 바와 같이 다양한 변형예 가능하다.
이러한 엔진(110)은, 연료의 효율 상승을 위하여, 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급하는데, 이를 위해 즉 공기를 압축해 주입하는 터보차저(120)가 엔진(110)에 연결될 수 있고, 배기가스를 배출하는 배기라인(111)과 공기가 흡입되는 흡기라인(112)이 마련될 수 있다.
터보차저(120)(Turbo Charger)는, 터빈(121)과 압축기(122)를 포함할 수 있다.
먼저 터빈(121)은, 배기라인(111)에 연결되어 엔진(110)으로부터 배기가스를 공급받아 구동되며 회전력을 압축기(122)로 전달하도록 압축기(122)와 축(부호 도시하지 않음)으로 연결될 수 있다.
이러한 터빈(121)의 구동은, 엔진(110)에서 연소된 배기가스가 유입되어, 배기가스가 가지는 에너지에 의해 터빈(121) 내에 자유롭게 지지된 터빈(121)의 휠(도시하지 않음)이 회전됨으로써 이루어질 수 있다. 이때, 터빈(121)에 내장된 휠의 회전 토크가 축에 의해 압축기(122)의 휠로 전달될 수 있다.
그리고 압축기(122)는, 흡기라인(112)에 연결되어 압축된 공기를 엔진(110)으로 공급할 수 있다. 압축기(122)에는 외부로부터 공기가 유입되는데, 압축기(122)에 내장된 휠(도시하지 않음)의 회전에 의해서 외부에서 유입된 공기가 압축되어 과급공기가 될 수 있다.
SCR 반응기(130)는, 배기가스가 관통하여 화학 반응되어, 즉 엔진(110)의 배기가스가 정화되는 구성으로서 일반적으로 배기라인(111) 상에 마련될 수 있다.
다만 본 실시예에서는, SCR 반응기(130)가 배기가스의 정화를 이루기 위해 배기라인(111)과 연결은 이루되, 본 발명의 요지가 흐려지지 않도록 SCR 반응기(130)와 배기라인(111) 연결구조의 도면 및 설명은 생략하도록 한다.
본 실시예의 SCR 반응기(130)는, SCR 반응기용 에어 컴프레서(도시하지 않음) 또는 서비스 에어 컴프레서(150)에서 발생되는 압축공기를 사용하지 않거나 보조적으로 사용하기 위해, 터보차저(120)에서 발생되는 압축공기를 공급받아 씰링되거나 벤팅을 이룬다.
특히 SCR 반응기(130)는, 배기가스 정화를 위한 구동이 아닌 경우, 즉 스탠바이 상태 등과 같이 구동이 정지된 상태에서는 산화 방지 등을 위해 벤팅 작업이 이루어지고, 압축공기로 씰링이 이루어지는데, 터보차저(120)의 압축기(122)로부터 압축공기를 공급받아 벤팅 및 씰링이 이루어져 전체 시스템이 간소화될 수 있다.
여기서 SCR 반응기(130)는, 압축기(122)로부터 압축공기를 공급받을 수 있도록, 배기라인(111) 이외에 공급라인(140)과 연결될 수 있다.
공급라인(140)은, 터보차저(120)와 SCR 반응기(130)를 연통시켜, 터보차저(120)로부터 발생되는 압축공기를 SCR 반응기(130)로 경유시킨다.
예를 들어 공급라인(140)은, 터보차저(120)의 압축공기가 SCR 반응기(130)로 공급될 수 있도록, 흡기라인(112) 상에서 압축기(122)의 하류에서 분기되는 구조를 가질 수 있다.
그리고 공급라인(140) 상에서 SCR 반응기(130)의 상류에는, 벤팅-씰링 유닛(141)이 마련되어, 압축공기가 예비 또는 일시적으로 저장될 수도 있어, SCR 반응기(130)로 공급되는 압축공기가 효율적으로 이용될 수도 있다.
밸브(142)는, 일례로 공급라인(140) 상에 마련될 수 있고, 다른 예로 흡기라인(112)에서 공급라인(140)이 분기되는 지점에 마련될 수도 있으며, 이때 삼방밸브로 이루어질 수 있다.
이러한 밸브(142)는, 엔진(110)의 로드가 설정 로드 이하로 구동되는 경우, 예를 들어 엔진(110)의 로드가 낮아 압축기(122)로부터 공급되는 압축공기가 충분하지 않을 경우, 터보차저(120)의 압축기(122)로부터 발생되는 압축공기가 SCR 반응기(130)로 공급되는 것을 차단하고, 서비스 에어 컴프레서(150)로부터 SCR 반응기(130)로 압축공기가 공급되도록 개도를 조절할 수 있다.
이에 따라 엔진(110)은, 압축공기의 손실 없이 구동될 수 있으며, SCR 반응기(130)는 서비스 에어 컴프레서(150)를 통해 압축공기를 공급받아 벤팅/씰링이 이루어질 수 있다.
여기서 서비스 에어 컴프레서(150)는, 선박에 서비스로 공급되는 압축공기를 발생시킬 수 있으며, 일례로 청소 등에 수행되는 압축공기 일 수 있다.
더불어 서비스 에어 컴프레서(150)의 하류에는, 벤팅-씰링 유닛(141)과 유사하게 서비스 에어 리저버(151)가 마련되어 압축공기가 예비 또는 일시적으로 저장될 수도 있어, SCR 반응기(130)로 공급되는 압축공기가 효율적으로 이용될 수도 있다.
이와 같이 본 실시예는, SCR 반응기(130)가 엔진(110)에 공급되는 압축공기를 공급받아 SCR 반응기 챔버의 벤팅/씰링에 적용되어, SCR 반응기용 에어 컴프레서를 생략하거나 축소할 수 있어, 시스템이 간소화 및 효율화될 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.
100: 엔진 시스템 110: 엔진
111: 배기라인 112: 흡기라인
120: 터보차저 121: 터빈
122: 압축기 130: SCR 반응기
140: 공급라인 141: 벤팅-씰링 유닛
142: 밸브 150: 서비스 에어 컴프레서

Claims (4)

  1. 엔진 구동을 위해 압축공기를 발생시키는 터보차저;
    SCR 반응기용 에어 컴프레서 또는 서비스 에어 컴프레서에서 발생되는 압축공기를 사용하지 않거나 보조적으로 사용하기 위해, 상기 터보차저에서 발생되는 압축공기를 공급받아 씰링되거나 벤팅을 이루는 SCR 반응기;
    상기 터보차저와 상기 SCR 반응기를 연통시켜, 상기 터보차저로부터 발생되는 압축공기를 상기 SCR 반응기로 경유시키는 공급라인;
    상기 공급라인 상에 마련되고, 상기 엔진의 로드가 설정 로드 이하로 구동되는 경우, 상기 터보차저로부터 발생되는 압축공기가 상기 SCR 반응기로 공급되는 것을 차단하고, 상기 서비스 에어 컴프레서로부터 상기 SCR 반응기로 압축공기가 공급되도록 조절하는 밸브; 및
    상기 공급라인 상에서 상기 SCR 반응기의 상류에 마련되어, 압축공기를 예비 또는 일시적으로 저장하는 벤팅-씰링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 서비스 에어 컴프레서는,
    선박에 서비스로 공급되는 압축공기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공급라인은,
    상기 터보차저의 압축기로부터 공기가 유입되도록, 상기 엔진의 흡기라인 상에서 상기 압축기의 하류에서 분기되어 상기 SCR 반응기로 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
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