KR102334648B1 - 동력발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 동력발생장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치는, 연소기관과, 연소기관의 흡기관 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛, 및 흡기관에 연결되며, 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착물질이 내부에 충전되어 흡기관을 통과하는 공기 중 특정성분을 적어도 일부 흡착시키는 제1 흡착챔버를 포함할 수 있다.

Description

동력발생장치{Power generating apparatus}

본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 유해가스인 질소산화물의 발생을 줄일 수 있는 동력발생장치에 관한 것이다.

환경에 대한 인식이 점차 증가하면서, 연소기관의 배기가스에 포함된 각종 유해가스에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 특히, 배기가스에 포함된 유해물질 중 질소산화물(NOx)이 대기 오염의 주범으로 인식됨에 따라 연소기관에서 배출하는 질소산화물의 양을 줄이기 위한 각종 규제가 강화되고 있는 실정이다.

연소기관에서 배출하는 질소산화물의 양을 줄이기 위해서는 연소온도를 낮추는 것이 가장 효과적이다. 따라서, 각종 연소기관은 배기가스 중 일부를 다시 흡기관으로 주입하여 연소온도를 낮추는 배기가스 재순환장치(EGR, Exhaust Gas Recirculation system)를 포함하고 있다. 배기가스 재순환장치는 이미 연소된 배기가스 중 일부를 흡입공기에 섞어 다시 연소실로 주입하여 연소실 내부의 산소농도를 줄여 연소온도가 급격하게 상승하는 것을 방지한다.

그러나, 배기가스 재순환장치는 배기가스에 포함된 황산화물(SOx)이나 각종 입자성물질을 제거하기 위한 별도의 장치가 필요하여 장치가 복잡해지고, 황산화물을 중화시키기 위한 약품이 소비되면서 비용이 증가하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0915346호 2009. 8. 27

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 유해가스인 질소산화물의 발생을 줄일 수 있는 동력발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 동력발생장치는, 연소기관과, 상기 연소기관의 흡기관 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛, 및 상기 흡기관에 연결되며, 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착물질이 내부에 충전되어 상기 흡기관을 통과하는 공기 중 특정성분을 적어도 일부 흡착시키는 제1 흡착챔버를 포함한다.

상기 동력발생장치는, 상기 제1 흡착챔버와 병렬로 상기 흡기관에 연결되며, 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착물질이 내부에 충전되어 상기 흡기관을 통과하는 공기 중 특정성분을 적어도 일부 흡착시키는 제2 흡착챔버를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 흡착챔버와 상기 제2 흡착챔버는 서로 교대로 동작하여, 어느 하나가 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착공정을 수행하면 다른 하나는 상기 흡착물질에 흡착된 공기 중 특정성분을 탈착시키는 재생공정을 수행할 수 있다.

상기 제1 흡착챔버와 상기 제2 흡착챔버는 서로 다른 성분을 흡착할 수 있다.

상기 압력조절유닛은 상기 연소기관의 배기가스를 동력으로 상기 흡기관 내부로 공기를 과급하는 과급유닛을 포함할 수 있다.

상기 압력조절유닛은 상기 흡기관 내부에 공기를 불어 넣는 블로어를 포함할 수 있다.

상기 동력발생장치는, 상기 제1 흡착챔버와 상기 연소기관 사이의 상기 흡기관으로부터 분지되어 공기를 외부로 배출하는 배출관을 더 포함할 수 있다.

상기 동력발생장치는, 상기 배출관에 연결되어 상기 흡기관 내부의 공기를 흡입하는 흡입펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 동력발생장치는, 상기 흡기관 내부로 외부의 공기를 직접 공급하는 외기 공급관을 더 포함할 수 있다.

상기 동력발생장치는, 상기 외기공급관을 통해 공급된 공기와, 상기 제1 흡착챔버 또는 상기 제2 흡착챔버를 통해 공급되는 연소용 공기를 혼합하여 상기 연소기관에 공급하는 공기조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 흡착 분리법을 이용하여 흡기관으로 유입되는 공기에 포함된 산소의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 현저하게 감소시킬 수 있다.

또한, 비교적 장치 구성이 간단하여 제어가 용이하고, 운전 및 유지를 위한 비용이 적게 들어가 비용 대비 질소산화물의 제거 효과가 현저하다.

또한, 운전 과정에서 유독한 화학물질을 사용하지 않으며, 슬러지와 같은 부산물이 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 동력발생장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치(1)는 선박, 자동차, 항공기, 발전기 등 각종 장치에 동력을 제공하기 위한 장치로, 외부에서 유입된 공기와 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 연소기관(10)을 포함한다.

연소기관(10)은 연료를 연소하여 기계적 에너지를 발생시키는 장치로서, 가솔린엔진, 디젤엔진, 가스엔진 등의 내연기관뿐만 아니라 가스터빈, 증기기관, 증기터빈 등의 외연기관 및 기타 열기관을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 연소기관(10)은 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 원동기는 어떠한 구조도 적용이 가능할 것이다.

연소기관(10)은 흡기관(100)을 통하여 흡입한 공기를 연료와 혼합한 후 연소시켜 동력을 얻으며, 연소과정에서 발생한 배기가스는 배기관(200)을 통해 외부로 배출한다. 연소기관(10)에서 배출하는 배기가스는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등 각종 유해가스를 포함하고 있다. 이러한 배기가스에 포함된 각종 유해가스를 줄이기 위하여 동력발생장치(1)에는 유해가스 저감장치(E)가 설치된다.

유해가스 저감장치(E)는 배기가스에 포함된 유해가스 중 질소산화물을 줄이기 위한 것으로, 연소기관(10)의 흡기관(100) 상에 배치되어 연소기관(10)으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시킬 수 있다.

질소산화물은 연소온도가 높을 때 발생량이 현저하게 증가한다. 따라서, 연소기관(10)의 연소온도를 낮추기 위해 흡기관(100)으로 유입되는 공기 중에 포함된 산소의 농도를 줄일 필요가 있다.

유해가스 저감장치(E)는 흡착 분리법을 이용하여 연소기관(10)으로 흡입되는 공기의 산소 농도를 감소시키며, 압력조절유닛(20)과 제1 흡착챔버(30)를 포함한다.

본 발명에 따른 동력발생장치(1)는 흡착 분리법을 이용하여 흡기관(100)으로 유입되는 공기에 포함된 산소의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 비교적 장치 구성이 간단하여 제어가 용이하고, 운전 및 유지를 위한 비용이 적게 들어가 비용 대비 질소산화물의 제거 효과가 현저하다. 또한, 운전 과정에서 유독한 화학물질을 사용하지 않으며, 슬러지와 같은 부산물이 발생하지 않는 장점이 있다.

동력발생장치(1)는 연소기관(10)과, 압력조절유닛(20), 및 제1 흡착챔버(30)를 포함한다.

연소기관(10)은 전술한 바와 같이, 흡기관(100)을 통해 흡입된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키고, 연소과정에서 발생한 배기가스를 배기관(200)을 통해 외부로 배출한다. 이 때, 흡기관(100) 상에는 압력조절유닛(20)과, 제1 흡착챔버(30)를 포함하는 유해가스 저감장치(E)가 설치될 수 있다.

압력조절유닛(20)은 연소기관(10)의 흡기관(100) 내부의 압력을 조절하는 것으로, 후술할 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)에서 요구되는 압력으로 공기를 가압한다. 압력조절유닛(20)은 연소기관(10)의 배기가스를 동력으로 흡기관(100), 특히, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40) 내부로 공기를 과급하는 과급유닛 또는 흡기관(100), 특히, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40) 내부에 공기를 불어 넣는 블로어(blower) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 압력조절유닛(20)이 과급유닛을 포함하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

압력조절유닛(20)은 터보차저(turbo charger) 형태의 과급유닛으로 형성되어, 배기관(200) 상에 설치되어 배기가스의 유동에너지로 구동되는 터빈과, 흡기관(100) 상에 설치되되 터빈과 축(shaft)으로 연결되어 공기를 압축하는 압축기를 포함할 수 있다. 압력조절유닛(20)이 배기가스를 동력으로 공기를 과급하는 과급유닛을 포함함으로써, 별도의 동력원을 공급받지 않더라도 공기를 압축하여 압축공기를 생성할 수 있으며, 이로 인해, 보다 효율적으로 장치를 운용할 수 있다. 그러나, 압력조절유닛(20)이 터보차저 형태의 과급유닛으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 압력조절유닛(20)은 연소기관(10)의 동력을 직접 사용하거나 별도의 동력원을 이용하는 수퍼차저(super charger) 형태의 과급유닛으로 형성될 수도 있다. 또한, 압력조절유닛(20)이 과급유닛으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 압력조절유닛(20)은 기체에 운동에너지를 주어 압력을 상승시키는 터보형(turbo type) 압축기 또는 용적을 감소시켜 압력을 상승시키는 용적형(screw type) 압축기 등이 사용될 수도 있다.

압력조절유닛(20)은 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40) 내에서 요구되는 압력, 예를 들어 3~7 기압 사이의 압력으로 공기를 압축하여 압축공기를 생성하며, 압력조절유닛(20)에서 압축된 압축공기는 흡기관(100)을 통해 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)로 유입된다. 이 때, 흡기관(100)은 압력조절유닛(20)의 후단에서 분지되어 각각 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)에 연결되며, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)의 전단에는 각각 압축공기의 유동을 제어하며 교대로 개폐되는 제1 개폐밸브(100a)와 제2 개폐밸브(100b)가 설치될 수 있다. 즉, 제1 개폐밸브(100a)가 개방되어 제1 흡착챔버(30) 내부로 압축공기가 유입되면, 제2 개폐밸브(100b)는 폐쇄되어 제2 흡착챔버(40) 내부로 압축공기의 유동을 차단한다.

제1 흡착챔버(30)는 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착물질(30a)이 내부에 충전되어 상기 흡기관(100)을 통과하는 공기 중 특정성분을 적어도 일부 흡착시키는 것으로, 전술한 바와 같이, 흡기관(100)을 통해 압력조절유닛(20)에 연결된다. 흡착물질(30a)은 공기 중 특정성분, 특히, 산소 분자를 흡착하며, 예를 들어, 균일하게 조정된 세공(細孔)을 갖는 CMS(Carbon Molecular Sieve, 탄소 분자체의 약칭), ZMS(Zeolite Molecular Sieve, 제올라이트 분자체의 약칭으로, 제올라이트 5A, 제올라이트 13X, mordenite 등으로 형성될 수 있음), 확성탄, 실리카 겔, 알루미나 등으로 형성될 수 있다. 이 때, 제1 흡착챔버(30) 내부의 압력이 높을수록, 즉, 고압의 압축공기가 유입될수록 흡착물질(30a)의 흡착력이 향상되어 다량의 산소분자가 흡착될 수 있다.

제2 흡착챔버(40)는 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착물질(40a)이 내부에 충전되어 상기 흡기관(100)을 통과하는 공기 중 특정성분을 적어도 일부 흡착시키는 것으로, 흡기관(100)을 통해 압력조절유닛(20)에 연결되되 제1 흡착챔버(30)와 병렬로 배치된다. 흡착물질(40a)은 공기 중 특정성분, 특히, 산소 분자를 흡착하며, 예를 들어, 균일하게 조정된 세공(細孔)을 갖는 CMS(Carbon Molecular Sieve, 탄소 분자체의 약칭), 제올라이트, 확성탄, 실리카 겔, 알루미나 등으로 형성될 수 있다. 이 때, 제2 흡착챔버(40) 내부의 압력이 높을수록, 즉, 고압의 압축공기가 유입될수록 흡착물질(40a)의 흡착력이 향상되어 다량의 산소분자가 흡착될 수 있다.

그러나, 제1 흡착챔버(30)에 충전된 흡착물질(30a)과 제2 흡착챔버(40)에 충전된 흡착물질(40a)이 서로 동일한 성분, 예를 들어, 산소분자를 흡착하는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)는 서로 다른 성분을 흡착할 수도 있다.

제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40) 내부에서는 흡착물질(30a, 40a)에 형성된 세공에 의해 강 흡착질인 산소 분자(분자경 3.9 x 2.8 Å)와 약 흡착질인 질소 분자(분자경 4.3 x 3.0 Å)사이의 확산 속도 차이에 의한 물질 전달이 일어나며, 압축공기가 유입되는 전단에서부터 강 흡착질인 산소분자가 먼저 흡착됨에 따라 후단에서는 약 흡착질인 질소분자가 농축된다. 이 때, 산소 분자는 질소 분자와 비교하여 약 30배 이상 빨리 흡착될 수 있다.

이러한 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)는 서로 교대로 동작하여, 어느 하나가 공기 중 특정성분을 흡착하는 흡착공정을 수행하면 다른 하나는 흡착물질(30a, 40a)에 흡착된 공기 중 특정성분을 탈착시키는 재생공정을 수행할 수 있다. 다시 말해, 제1 흡착챔버(30) 내부에서 공기 중 산소분자의 흡착공정이 진행되는 동안, 제2 흡착챔버(40) 내부에서는 흡착물질(40a)에 흡착된 산소분자를 탈착시키는 재생공정이 진행된다. 이 때, 제2 흡착챔버(40) 내부의 압력이 낮을수록 산소분자의 탈착속도가 증가할 수 있다.

예를 들어, 연속적인 흡착공정으로 인해 제1 흡착챔버(30)에 충전된 흡착물질(30a)에 다량의 산소분자가 흡착되어 흡착력이 저하된 경우, 제2 흡착챔버(40)는 흡착공정을 수행하고 제1 흡착챔버(30)는 재생공정을 수행할 수 있다. 또한, 연속적인 흡착공정으로 인해 제2 흡착챔버(40)에 충전된 흡착물질(40a)에 다량의 산소분자가 흡착되어 흡착력이 저하된 경우, 제1 흡착챔버(30)는 다시 흡착공정을 수행하고 제2 흡착챔버(40)는 재생공정을 수행할 수 있다. 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)가 서로 교대로 동작하여 흡착공정과 재생공정을 수행함으로써, 장치가 연속적으로 운용될 수 있어 효율이 향상될 수 있다.

도면 상에는 압력조절유닛(20)을 통과한 공기가 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)로 유입되어 단일의 흡착공정을 거치는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)의 후단에 각각 별도의 흡착챔버(도시되지 않음)가 마련되어 압력조절유닛(20)을 통과한 공기는 다단의 흡착공정을 거칠 수도 있다. 압력조절유닛(20)을 통과한 공기가 다단의 흡착공정을 거치는 경우, 1차 흡착공정에서 약 98%의 질소분자를 농축할 수 있으며, 2차 흡착공정에서 약 99.999%의 질소분자를 농축할 수 있다.

공기 중 산소분자가 흡착물질(30a, 40a)에 흡착되어 질소분자가 농축됨으로써, 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)를 통과한 공기는 질소의 농도가 상대적으로 높고 산소의 농도가 상대적으로 낮은 연소용 공기일 수 있다. 이 때, 연소용 공기는 공기 중 산소의 농도가 15~20 vol%이고, 질소의 농도가 80~85 vol%일 수 있다. 산소의 농도가 낮은 연소용 공기가 연소기관(10)으로 공급됨에 따라 연소기관(10)의 연소온도가 낮춰질 수 있으며, 이로 인해, 질소산화물의 발생량이 줄어들 수 있다.

한편, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)의 후단에는 각각 연소용 공기의 유동을 제어하며 교대로 개폐되는 제3 개폐밸브(100c)와 제4 개폐밸브(100d)가 설치될 수 있다. 즉, 제3 개폐밸브(100c)가 개방되어 제1 흡착챔버(30)로부터 생성된 연소용 공기가 연소기관(10)으로 유입되면, 제4 개폐밸브(100d)는 폐쇄될 수 있다.

또한, 제1 흡착챔버(30)와 연소기관(10) 사이의 흡기관(100), 및 제2 흡착챔버(40)와 연소기관(10) 사이의 흡기관(100) 상에는 배출관(50)이 분지될 수 있다. 배출관(50)은 재생공정 시 공기, 특히, 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)의 흡착물질(30a, 40a)로부터 탈착된 공기 중 특정성분을 외부로 배출하는 것으로, 제3 개폐밸브(100c)와 제4 개폐밸브(100d)의 전단에서 분지될 수 있다. 배출관(50) 상에는 서로 교대로 개폐되는 제1 배출밸브(50a)와 제2 배출밸브(50b)가 설치될 수 있다. 즉, 제1 배출밸브(50a)가 개방되어 제1 흡착챔버(30)로부터 배출된 공기 중 특정성분을 외부로 배출하면, 제2 배출밸브(50b)는 폐쇄될 수 있다. 도면 상에는 제1 배출밸브(50a)와 제2 배출밸브(50b)의 후단에서 배출관(50)이 하나로 통합된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 배출관(50)은 각각 독립적으로 연장될 수도 있다.

또한, 제3 개폐밸브(100c)와 제4 개폐밸브(100d)의 후단으로 각각 연장되는 흡기관(100)은 하나로 통합되어 연소기관(10)에 연결될 수 있으며, 통합된 흡기관(100) 상에는 버퍼탱크(80)가 마련될 수 있다. 버퍼탱크(80)는 연소용 공기를 일시적으로 저장하여 연소기관(10)에서 요구되는 압력 및 유량으로 공급할 수 있다. 그러나, 흡기관(100) 상에 버퍼탱크(80)가 구비되는 것으로 한정될 것은 아니며, 설계 조건 또는 운전 조건에 따라 버퍼탱크(80)는 생략될 수도 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 동력발생장치(1)의 동작에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1의 동력발생장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치(1)는 흡착 분리법을 이용하여 흡기관(100)으로 유입되는 공기에 포함된 산소의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 비교적 장치 구성이 간단하여 제어가 용이하고, 운전 및 유지를 위한 비용이 적게 들어가 비용 대비 질소산화물의 제거 효과가 현저하다. 또한, 운전 과정에서 유독한 화학물질을 사용하지 않으며, 슬러지와 같은 부산물이 발생하지 않는 특징이 있다.

연소기관(10)은 일 측에 흡기관(100)과 배기관(200)이 형성되며, 흡기관(100) 상에는 공기의 유동 방향을 따라 압력조절유닛(20)과, 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40), 및 버퍼탱크(80)가 순차적으로 설치된다.

먼저, 도 2의 (a)를 참조하여 설명하면, 흡기관(100)을 통해 유입된 공기는 압력조절유닛(20)을 통과하여 고온 고압의 압축공기가 되며, 고온 고압의 압축공기는 압력조절유닛(20)의 후단에서 분지되는 흡기관(100)을 통해 제1 흡착챔버(30)로 유입된다. 이 때, 제1 흡착챔버(30)의 전단에 설치된 제1 개폐밸브(100a)는 개방되어 제1 흡착챔버(30) 내부로 압축공기를 유입하며, 제2 흡착챔버(40)의 전단에 설치된 제2 개폐밸브(100b)는 폐쇄된다. 즉, 제1 흡착챔버(30) 내부에서는 흡착공정이 수행된다. 이 때, 제3 개폐밸브(100c)는 개방되며, 제4 개폐밸브(100d)와 제1 배출밸브(50a), 및 제2 배출밸브(50b)는 모두 폐쇄된다.

제1 흡착챔버(30) 내부로 유입된 압축공기 중 산소분자는 흡착물질(30a)에 흡착되므로, 제1 흡착챔버(30)로부터 배출되는 공기는 산소의 농도가 상대적으로 낮고 질소의 농도가 상대적으로 높은 연소용 공기일 수 있다. 연소용 공기는 흡기관(100)을 통해 버퍼탱크(80)로 유입되어 일시 저장되며, 버퍼탱크(80)는 연소기관(10)에서 요구되는 압력 및 유량으로 연소용 공기를 공급한다.

산소분자가 제거되어 산소 농도가 낮고 질소 농도가 높은 연소용 공기가 연소기관(10)으로 공급됨으로써, 연소온도가 낮아져 질소산화물의 발생량이 줄어들 수 있다.

이어서, 도 2의 (b)를 참조하여 설명하면, 연속적인 흡착공정으로 인해 제1 흡착챔버(30)에 충전된 흡착물질(30a)에 다량의 산소분자가 흡착된 경우, 제1 흡착챔버(30)는 재생공정을 수행하고 제2 흡착챔버(40)는 흡착공정을 수행한다.

압력조절유닛(20)을 통과한 고온 고압의 압축공기는 흡기관(100)을 통해 제2 흡착챔버(40)로 유입된다. 이 때, 제2 흡착챔버(40)의 전단에 설치된 제2 개폐밸브(100b)는 개방되어 제2 흡착챔버(40) 내부로 압축공기를 유입하며, 제1 개폐밸브(100a)는 폐쇄된다. 이 때, 제4 개폐밸브(100d)와 제1 배출밸브(50a)는 개방되며, 제3 개폐밸브(100c)와 제2 배출밸브(50b)는 폐쇄된다.

제2 흡착챔버(40) 내부로 유입된 압축공기 중 산소분자는 흡착물질(40a)에 흡착되므로, 제2 흡착챔버(40)로부터 배출되는 공기는 산소의 농도가 상대적으로 낮고 질소의 농도가 상대적으로 높은 연소용 공기일 수 있다. 연소용 공기는 흡기관(100)을 통해 버퍼탱크(80)로 유입되어 일시 저장되며, 버퍼탱크(80)는 연소기관(10)에서 요구되는 압력 및 유량으로 연소용 공기를 공급한다.

산소 농도가 낮고 질소 농도가 높은 연소용 공기가 연소기관(10)으로 공급됨으로써, 연소온도가 낮아져 질소산화물의 발생량이 줄어들 수 있다.

한편, 제1 개폐밸브(100a)와 제3 개폐밸브(100c)가 폐쇄되고 제1 배출밸브(50a)가 개방되면, 제1 흡착챔버(30) 내부의 압력이 낮아져 흡착물질(30a)에 흡착된 산소분자가 탈착된다. 탈착된 산소분자를 포함하는 공기는 배출관(50)을 통해 외부로 배출된다.

이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1a)에 관하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1a)는 외기공급관(60)과 공기조절부(70)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1a)는 외기공급관(60)과 공기조절부(70)를 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

외기공급관(60)은 흡기관(100) 내부로 외부의 공기를 직접 공급하는 것으로, 흡기관(100)의 일 측에 연결되어 내부가 흡기관(100)과 연통될 수 있다. 흡기관(100)의 일 측에 외기공급관(60)이 연결됨으로써, 연소기관(10)에는 공기 중 산소 농도가 약 21 vol%인 외부 공기와, 공기 중 산소 농도가 약 0.01~10 vol%인 연소용 공기가 함께 유입될 수 있다. 이 때, 흡기관(100)과 외기공급관(60) 상에는 공기조절부(70)가 설치될 수 있다.

공기조절부(70)는 버퍼탱크(80)의 전단에 위치하여, 외기공급관(60)을 통해 공급된 공기와 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)를 통해 공급되는 연소용 공기를 적당한 비율, 예를 들어, 외부 공기와 연소용 공기의 비율을 70~99:1~30으로 혼합하여 공기 중 산소 농도가 약 15~20 vol%인 공기를 연소기관(10)으로 공급할 수 있다. 공기조절부(70)가 외부 공기와 연소용 공기를 혼합하여 공급함으로써, 연소기관(10)에 산소 농도가 낮은 공기를 공급하면서도 유해가스 저감장치의 운용에 다른 비용을 절감할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1b)에 관하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1b)는 압력조절유닛(20)이 흡기관(100) 내부에 공기를 불어 넣는 블로어를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1b)는 압력조절유닛(20)이 흡기관(100) 내부에 공기를 불어 넣는 블로어를 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

압력조절유닛(20)은 블로어를 포함하며, 블로어는 흡기관(100) 내부에 공기를 불어 넣되 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40) 내부를 진공 상태로 형성할 수 있다. 따라서, 압력조절유닛(20)을 통과한 공기는 대기압 상태 그대로 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)에 유입되며, 공기 중의 산소 분자는 흡착물질(30a, 40a)에 흡착될 수 있다. 이 때, 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)는 블로어에 의해 내부가 진공 상태이므로, 흡착물질(30a, 40a)에는 더 많은 양의 산소 분자가 흡착될 수 있다.

한편, 배출관(50) 상에는 적어도 하나의 흡입펌프(51)가 연결될 수 있다. 흡입펌프(51)는 제1 흡착챔버(30)와 제2 흡착챔버(40)의 후단으로 연장되는 흡기관(100) 내부의 공기, 특히, 제1 흡착챔버(30) 또는 제2 흡착챔버(40)의 흡착물질(30a, 40a)로부터 탈착된 공기 중 특정성분을 흡입한다. 배출관(50) 상에 흡입펌프(51)가 연결됨으로써, 탈착된 산소분자를 포함하는 공기가 보다 원활하게 배출될 수 있어 재생공정이 신속하게 이루어질 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)에 관하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)는 압력조절유닛(20)이 블로어와 압축기를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력발생장치(1c)는 압력조절유닛(20)이 블로어와 압축기를 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

압력조절유닛(20)은 블로어와 압축기를 포함하며, 압축기는 블로어의 후단에 위치할 수 있다. 압력조절유닛(20)이 블로어와 압축기를 포함함으로써, 압력조절유닛(20)이 압축기만 포함하는 경우 발생하는 소음 문제를 완화시킴과 동시에 압력조절유닛(20)이 블로어만 포함하는 경우 발생하는 저용량 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 압력조절유닛(20)이 블로어와 압축기를 포함하는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 압축기는 과급유닛으로 대체될 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1a, 1b, 1c: 동력발생장치 10: 연소기관
20: 압력조절유닛 30: 제1 흡착챔버
30a: 흡착물질 40: 제2 흡착챔버
40a: 흡착물질 50: 배출관
50a: 제1 배출밸브 50b: 제2 배출밸브
51: 흡입펌프 60: 외기공급관
70: 공기조절부 80: 버퍼탱크
100: 흡기관 100a: 제1 개폐밸브
100b: 제2 개폐밸브 100c: 제3 개폐밸브
100d: 제4 개폐밸브 200: 배기관
E: 유해가스 저감장치

Claims (10)

1. 연소기관;
   상기 연소기관의 흡기관 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛;
   상기 흡기관에 연결되며, 공기 중 산소를 흡착하는 흡착물질이 내부에 충전되어 상기 흡기관을 통과하는 공기 중 산소를 적어도 일부 흡착시키는 제1 흡착챔버;
   상기 제1 흡착챔버와 병렬로 상기 흡기관에 연결되며, 공기 중 산소를 흡착하는 흡착물질이 내부에 충전되어 상기 흡기관을 통과하는 공기 중 산소를 적어도 일부 흡착시키는 제2 흡착챔버;
   상기 흡기관 내부로 외부의 공기를 직접 공급하는 외기공급관, 및
   상기 외기공급관을 통해 공급된 공기와, 상기 제1 흡착챔버 또는 상기 제2 흡착챔버를 통해 공급되는 연소용 공기를 혼합하여 상기 연소기관에 공급하는 공기조절부를 포함하는 동력발생장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 흡착챔버와 상기 제2 흡착챔버는 서로 교대로 동작하여, 어느 하나가 공기 중 산소를 흡착하는 흡착공정을 수행하면 다른 하나는 상기 흡착물질에 흡착된 공기 중 산소를 탈착시키는 재생공정을 수행하는 동력발생장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 흡착챔버와 상기 제2 흡착챔버는 서로 다른 성분을 흡착하는 동력발생장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 흡착챔버와 상기 연소기관 사이의 상기 흡기관으로부터 분지되어 공기를 외부로 배출하는 배출관과,
   상기 배출관에 연결되어 상기 흡기관 내부의 공기를 흡입하는 흡입펌프를 더 포함하는 동력발생장치.
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