KR102553603B1 - Energy recovery device, its control method, and ship equipped with the same - Google Patents
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Abstract
과급기(20), 파워 터빈 발전기(30) 및 제어 장치(50)를 구비한다. 파워 터빈 발전기(30)는 발전 라인(12)에 마련되어 배기 매니폴드(M1)로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 발전한다. 발전 제어 밸브(V1)가 발전 라인(12)에 마련되어 배기 매니폴드(M1)로부터 파워 터빈 발전기(30)로 공급하는 배기 가스의 유량을 제어한다. 배기 밸브(V2)가 배기 라인(14)에 마련되어 배기 매니폴드(M1)로부터 배기 가스를 외부로 배기한다. 제어 장치(50)는 발전 제어 밸브(V1) 및 배기 밸브(V2)를 제어한다.A supercharger 20, a power turbine generator 30 and a control device 50 are provided. The power turbine generator 30 is provided in the power generation line 12 and generates power by energy of exhaust gas discharged from the exhaust manifold M1. A power generation control valve V1 is provided in the power generation line 12 to control the flow rate of exhaust gas supplied from the exhaust manifold M1 to the power turbine generator 30. An exhaust valve V2 is provided in the exhaust line 14 to exhaust the exhaust gas from the exhaust manifold M1 to the outside. The control device 50 controls the power generation control valve V1 and the exhaust valve V2.
Description
본 발명은 NOx 3차 규제에 대응 가능한 에너지 회수 장치와 그 제어 방법 및 그것을 구비한 선박에 관한 것이다.The present invention relates to an energy recovery device capable of responding to the tertiary NOx regulation, a control method thereof, and a ship equipped with the same.
선박으로부터 배출되는 대기오염 물질에 관한 국제 해사 기관에 의한 규제는 해마다 엄격해져, NOx 3차 규제(NOx Tier III, 이하, 3차 규제라고 함)에서는 1차 규제값보다 80% 삭감하는 것이 의무화되고 있다.Regulations by the International Maritime Organization on air pollutants emitted from ships become stricter every year, and in the tertiary NOx regulation (NOx Tier III, hereinafter referred to as the tertiary regulation), it is obligatory to reduce 80% from the 1st regulation value there is.
이 3차 규제의 대응을 위하여, 디젤 메인 기관의 질소 산화물 제거 장치로서 배기 가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation: 이하, EGR이라고 함)가 채용될 수 있다.In order to cope with this tertiary regulation, an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as EGR) may be employed as a nitrogen oxide removal device of a diesel main engine.
그러나, EGR를 구비한 선박은 3차 규제가 적용되지 않는 해역(비규제 해역)에서 잉여 배기 가스가 대량으로 발생하여 에너지 효율이 저하된다.However, in a ship equipped with EGR, a large amount of surplus exhaust gas is generated in a sea area to which the tertiary regulation is not applied (non-regulation sea area), and energy efficiency is lowered.
따라서, 배기 가스 에너지를 회수하는 수단으로서, 예를 들면 특허문헌 1이 개시되어 있다.Therefore, as a means for recovering exhaust gas energy, for example,
특허문헌 1의 「엔진의 배기 가스 에너지 회수 장치」는, 배기 터빈 과급기, 파워 터빈 발전기, 배기 가스 재순환 장치 및 배기관을 구비한다. 배기관은 배기 매니폴드로부터 배기 터빈 과급기의 터빈부와 파워 터빈 발전기를 경유하여 배기 가스를 외부로 배기한다.The "exhaust gas energy recovery device of an engine" of
특허문헌 1의 장치에서는, 배기 가스가 배기 매니폴드로부터 배기 터빈 과급기(이하, 과급기라고 함)의 터빈부와 파워 터빈 발전기를 경유하여 외부로 배기되므로, 과급기에 유입된 배기 가스의 전량이 파워 터빈 발전기로 유입된다. 그 때문에, 이하의 문제가 있었다.In the apparatus of
(1) 과급기의 배기 가스 전량이 파워 터빈 발전기로 유입되기 때문에, 파워 터빈 발전기가 대형화된다.(1) Since the entire amount of exhaust gas from the supercharger flows into the power turbine generator, the power turbine generator becomes large.
(2) 과급기에 의해 배기 가스가 감압되기 때문에, 파워 터빈 발전기에 의한 발전 출력이 작다.(2) Since the exhaust gas is reduced in pressure by the supercharger, the power generation output by the power turbine generator is small.
(3) 과급기의 배기 가스 전량이 파워 터빈 발전기로 유입되기 때문에, 파워 터빈 발전기를 단독으로 정지할 수 없다.(3) Since the entire amount of exhaust gas from the supercharger flows into the power turbine generator, the power turbine generator cannot be stopped alone.
(4) 파워 터빈 발전기에 의해 과급기의 배압이 높아져 과급기의 성능이 저하된다.(4) The back pressure of the supercharger increases due to the power turbine generator, and the performance of the supercharger deteriorates.
또한, 과급기에 바이패스 라인을 마련하여 과잉 배기 가스를 외부로 배기하는 경우, 그 만큼의 배기 가스 에너지를 회수할 수 없다. 특히, 배기 가스 재순환 장치를 정지하거나 또는 그 처리량을 감소시킨 경우에 발생하는 대량의 과잉 배기 가스의 배기 가스 에너지를 회수할 수 없다.In addition, when excess exhaust gas is discharged to the outside by providing a bypass line in the supercharger, the amount of exhaust gas energy cannot be recovered. In particular, exhaust gas energy of a large amount of excess exhaust gas generated when the exhaust gas recirculation device is stopped or its throughput is reduced cannot be recovered.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉 본 발명의 목적은, 과급기의 성능 저하를 방지하고, 소형 파워 터빈 발전기로 고압 배기 가스 에너지를 효율적으로 회수할 수 있는 에너지 회수 장치와 그 제어 방법 및 그것을 구비한 선박을 제공하는 것이다.The present invention was conceived to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide an energy recovery device capable of efficiently recovering high-pressure exhaust gas energy with a small-sized power turbine generator, a control method thereof, and a ship equipped with the same, while preventing deterioration of supercharger performance.
본 발명에 의하면, 엔진의 배기 매니폴드에 각각 독립적으로 연결된 과급 라인, 발전 라인 및 배기 라인;According to the present invention, the supercharging line, the power generation line and the exhaust line each independently connected to the exhaust manifold of the engine;
상기 과급 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 흡기를 압축하여 상기 엔진의 소기 매니폴드에 공급하는 과급기;a supercharger provided in the supercharging line to compress intake air by energy of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold and to supply the compressed air to the scavenging manifold of the engine;
상기 발전 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 발전하는 파워 터빈 발전기;a power turbine generator provided in the power generation line and generating power by energy of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold;
상기 발전 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 상기 파워 터빈 발전기에 공급하는 배기 가스의 유량을 제어하는 발전 제어 밸브;a power generation control valve provided in the power generation line to control a flow rate of exhaust gas supplied from the exhaust manifold to the power turbine generator;
상기 배기 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 배기 가스를 외부로 배기하는 배기 밸브; 및an exhaust valve provided in the exhaust line to exhaust exhaust gas from the exhaust manifold to the outside; and
상기 발전 제어 밸브 및 상기 배기 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하고,a control device for controlling the power generation control valve and the exhaust valve;
상기 제어 장치는 소기 매니폴드 내의 소기압의 적정 범위 내의 하한압과 릴리프압을 기억하고,The control device stores a lower limit pressure and a relief pressure within an appropriate range of the scavenging pressure in the scavenging manifold;
(A) 상기 소기압이 하한압 미만일 때 상기 발전 제어 밸브 및 상기 배기 밸브를 모두 폐쇄하고,(A) closing both the power generation control valve and the exhaust valve when the scavenging pressure is less than the lower limit pressure;
(B) 상기 소기압이 하한압 이상일 때 상기 발전 제어 밸브를 개방하여 상기 파워 터빈 발전기의 발전 출력을 제어하고,(B) controlling the power generation output of the power turbine generator by opening the power generation control valve when the scavenging pressure is equal to or greater than the lower limit pressure;
(C) 상기 소기압이 릴리프압 이상일 때 상기 발전 제어 밸브를 개방하여 상기 파워 터빈 발전기의 상기 발전 출력을 제어하고, 상기 배기 밸브를 개방하여 상기 배기 매니폴드를 감압하는, 에너지 회수 장치가 제공된다.(C) When the scavenging pressure is equal to or higher than the relief pressure, the power generation control valve is opened to control the power generation output of the power turbine generator, and the exhaust valve is opened to depressurize the exhaust manifold. .
또한, 본 발명에 의하면, 상기 에너지 회수 장치의 제어 방법으로서,In addition, according to the present invention, as a control method of the energy recovery device,
상기 제어 장치에 소기 매니폴드 내의 상기 소기압의 적정 범위 내의 하한압과 릴리프압을 기억하고,storing a lower limit pressure and a relief pressure within an appropriate range of the scavenging pressure in the scavenging manifold in the control device;
상기 엔진의 운전중에 상기 소기압을 검출하여 상기 하한압 및 상기 릴리프압과 비교하고,Detecting the scavenging pressure during operation of the engine and comparing it with the lower limit pressure and the relief pressure;
상기 소기압이 하한압 미만일 때 상기 발전 제어 밸브 및 상기 배기 밸브를 모두 폐쇄하고,closing both the power generation control valve and the exhaust valve when the scavenging pressure is less than the lower limit pressure;
상기 소기압이 하한압 이상일 때 상기 발전 제어 밸브를 개방하여 상기 파워 터빈 발전기의 상기 발전 출력을 제어하고,Controlling the power generation output of the power turbine generator by opening the power generation control valve when the scavenging pressure is equal to or greater than the lower limit pressure;
상기 소기압이 릴리프압 이상일 때 상기 발전 제어 밸브를 개방하여 상기 파워 터빈 발전기의 상기 발전 출력을 제어하고, 상기 배기 밸브를 개방하여 상기 배기 매니폴드를 감압하는, 에너지 회수 장치의 제어 방법이 제공된다.When the scavenging pressure is equal to or greater than the relief pressure, the power generation control valve is opened to control the power generation output of the power turbine generator, and the exhaust valve is opened to depressurize the exhaust manifold. .
또한, 본 발명에 의하면, 상기 에너지 회수 장치를 구비한 선박이 제공된다.Further, according to the present invention, a ship equipped with the energy recovery device is provided.
상기 본 발명에 의하면, 과급 라인, 발전 라인 및 배기 라인이, 배기 매니폴드에 각각 독립적으로 연결되고, 과급기는 과급 라인에 설치되며 파워 터빈 발전기는 발전 라인에 설치된다.According to the present invention, the supercharging line, the power generation line and the exhaust line are each independently connected to the exhaust manifold, the supercharger is installed in the supercharging line, and the power turbine generator is installed in the power generation line.
따라서, 과급기의 배기 가스는 파워 터빈 발전기를 경유하지 않고 직접 외부로 배기되므로, 과급기의 배압이 상승하지 않으며 과급기의 성능 저하를 방지할 수 있다.Therefore, since the exhaust gas of the supercharger is directly exhausted to the outside without passing through the power turbine generator, the back pressure of the supercharger does not increase and performance degradation of the supercharger can be prevented.
또한, 파워 터빈 발전기는 과급기를 통과한 배기 가스를 이용하지 않기 때문에, 과급기와 별개로 단독으로 운전할 수 있으며 단독으로 정지할 수 있다. 또한, 과급기에 유입되는 배기 가스량에 관계없이 파워 터빈 발전기의 처리량을 설정할 수 있으므로, 파워 터빈 발전기를 소형화할 수 있다.In addition, since the power turbine generator does not use the exhaust gas that has passed through the supercharger, it can operate independently of the supercharger and can be stopped independently. In addition, since the throughput of the power turbine generator can be set regardless of the amount of exhaust gas flowing into the supercharger, the power turbine generator can be downsized.
또한, 제어 장치가 소기압의 적정 범위 내의 하한압 이상일 때, 발전 제어 밸브를 개방하여 파워 터빈 발전기의 발전 출력을 제어하므로, 종래 쓸모없이 배기되고 있던 고압의 배기 가스 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.In addition, since the control device controls the power generation output of the power turbine generator by opening the power generation control valve when the control device is above the lower limit pressure within the appropriate range of the scavenging pressure, it is possible to efficiently recover the high-pressure exhaust gas energy conventionally useless. .
도 1은 본 발명에 의한 에너지 회수 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 제어 방법의 전체 흐름도이다.
도 3a는 특허문헌 1의 메인 기관 부하율과 배기 가스량의 관계도이다.
도 3b는 특허문헌 1의 메인 기관 부하율과 배기 가스 온도의 관계도이다.
도 3c는 특허문헌 1의 메인 기관 부하율과 PT 출력의 관계도이다.
도 4a는 본 발명의 메인 기관 부하율과 PT 출력의 관계도이다.
도 4b는 본 발명의 PTG 정지시의 메인 기관 부하율과 잉여 배기 가스량의 관계도이다.
도 4c는 본 발명의 PTG 운전시의 메인 기관 부하율과 발전 제어 밸브 및 배기 밸브의 통과 유량의 관계도이다.1 is an overall configuration diagram of an energy recovery device according to the present invention.
2 is an overall flowchart of the control method according to the present invention.
3A is a relationship diagram between a main engine load factor and an exhaust gas amount in
3B is a relationship diagram between the main engine load factor and the exhaust gas temperature in
3C is a relationship diagram between the main engine load factor and PT output in
Figure 4a is a relationship between the main engine load factor and PT output of the present invention.
4B is a relationship diagram between the main engine load factor and the surplus exhaust gas amount when the PTG is stopped according to the present invention.
4C is a diagram showing the relationship between the main engine load factor and the passage flow rate of the power generation control valve and the exhaust valve during PTG operation according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described based on drawing. On the other hand, the same reference numerals are attached to common parts in each drawing, and redundant explanations are omitted.
도 1은 본 발명에 의한 에너지 회수 장치(100)의 전체 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of an
이 도면에서, 에너지 회수 장치(100)는, 과급 라인(10), 발전 라인(12), 배기 라인(14), 과급기(20), 파워 터빈 발전기(30) 및 제어 장치(50)를 구비한다.In this figure, the
과급 라인(10), 발전 라인(12) 및 배기 라인(14)은 엔진(1)의 배기 매니폴드(M1)에 각각 독립적으로 연결된 배관 라인이다.The
엔진(1)은 선박의 메인 기관이며, 이 예에서는 디젤 기관이다. 이하, 엔진(1)을 간단히 「메인 기관」이라고 부른다.The
엔진(1)의 부하 데이터는 제어 장치(50)에 실시간으로 입력된다. 부하 데이터로서 예를 들면, 축 출력, 연료 투입량 인덱스, 소기압, 과급기 회전수 또는 이들 중 복수 개의 수치에 의해 연산된 수치가 이용된다.The load data of the
과급기(20)는 과급 라인(10)에 마련되며 서로 연결된 터빈(20a)과 컴프레셔(20b)를 가지고, 배기 가스의 에너지에 의해 터빈(20a)이 고속 회전하여 컴프레셔(20b)를 고속 회전시켜, 외부로부터 공급되는 흡기를 컴프레셔(20b)로 압축한다.The
과급기(20)에는, 그 회전수, 입구 압력 및 입구 온도를 검출하는 센서(도시 생략)가 마련되고, 그들의 검출 데이터는 제어 장치(50)에 실시간으로 입력된다.The
과급 라인(10)은, 배기 가스 입구관(10a), 배기 가스 출구관(10b), 흡기 입구관(10c), 흡기 출구관(10d)을 갖는다.The
배기 가스 입구관(10a)은 배기 매니폴드(M1)와 터빈(20a)의 입구를 연통한다. 배기 가스 출구관(10b)은 터빈(20a)의 출구와 외부의 배기 가스 방출부(예를 들면, 스택 등)를 연통한다. 흡기 입구관(10c)은 컴프레셔(20b)의 입구와 외부의 흡기부(예를 들면, 에어 필터)를 연통한다. 흡기 출구관(10d)은 컴프레셔(20b)의 출구와 엔진(1)의 소기 매니폴드(M2)를 연통한다.The exhaust
상술한 구성에 의해, 과급기(20)는 배기 매니폴드(M1)로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 흡기를 압축하여 엔진(1)의 소기 매니폴드(M2)에 공급한다.With the configuration described above, the
파워 터빈 발전기(30)(이하, PTG라고 함)는 발전 라인(12)에 마련되며, 파워 터빈(30a), 감속기(30b) 및 발전기(30c)를 갖는다. 배기 가스의 에너지에 의해 파워 터빈(30a)이 고속 회전하고, 이 회전을 감속기(30b)가 감속시키고 발전기(30c)를 회전 구동시켜 발전기(30c)가 전력을 발전한다. 발전기(30c)는 동기 발전기일 수 있고 유도 발전기일 수도 있다.A power turbine generator 30 (hereinafter referred to as PTG) is provided in the
발전 라인(12)은 배기 가스 공급관(12a) 및 배기 가스 배출관(12b)을 갖는다.The
이 구성에 의해, 파워 터빈 발전기(30)(PTG)는 배기 매니폴드(M1)로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 발전된다.With this configuration, the power turbine generator 30 (PTG) generates electricity by the energy of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold M1.
이 예에서, PTG는 파워 터빈(30a)의 회전을 제동하는 축 브레이크(30d)를 더 구비한다.In this example, the PTG further includes a shaft brake 30d that brakes the rotation of the
도 1에서, 발전 제어 밸브(V1)가 발전 라인(12)에 마련되어 배기 매니폴드(M1)로부터 PTG에 공급하는 배기 가스의 유량을 제어한다. 발전 제어 밸브(V1)는 원격 제어 가능한 유량 조절 밸브인 것이 바람직하다.In Fig. 1, a power generation control valve V1 is provided in the
배기 라인(14)은 배기 매니폴드(M1)와 외부의 배기 가스 방출부(예를 들면, 스택 등)를 연통한다.The
배기 밸브(V2)가 배기 라인(14)에 마련되어 배기 매니폴드(M1)로부터 배기 가스를 외부로 배기한다. 배기 밸브(V2)는 원격 제어 가능한 유량 조절 밸브인 것이 바람직하지만, 원격 제어 가능한 개폐 밸브(예를 들면, 버터플라이 밸브)여도 무방하다.An exhaust valve V2 is provided in the
제어 장치(50)는 발전 제어 밸브(V1) 및 배기 밸브(V2)를 제어한다. 소기 매니폴드(M2)에는 소기압을 검출하는 압력 검출기(2)가 마련되고, 검출한 소기압은 제어 장치(50)에 입력된다.The
제어 장치(50)는 소기 매니폴드 내의 소기압의 적정 범위 내의 하한압(PL)과 릴리프 압(PH)을 기억하여, 이하의 제어를 실시한다.The
(A) 소기압이 하한압(PL) 미만일 때 발전 제어 밸브(V1) 및 배기 밸브(V2)를 모두 폐쇄한다.(A) When the scavenging pressure is less than the lower limit pressure PL, both the power generation control valve V1 and the exhaust valve V2 are closed.
(B) 소기압이 하한압(PL) 이상일 때 발전 제어 밸브(V1)를 개방하여 PTG의 발전 출력을 제어한다.(B) When the scavenging pressure is higher than the lower limit pressure (PL), the power generation control valve (V1) is opened to control the power generation output of the PTG.
(C) 소기압이 릴리프압(PH) 이상일 때 배기 밸브(V2)를 개방하여 배기 매니폴드(M1)를 감압한다.(C) When the scavenging pressure is higher than the relief pressure (PH), the exhaust valve (V2) is opened to depressurize the exhaust manifold (M1).
도 1에서, 에너지 회수 장치(100)는 배기 가스 재순환 라인(16)과 배기 가스 재순환 장치(40)를 더 구비한다.In FIG. 1 , the
배기 가스 재순환 라인(16)은 배기 가스 입구관(16a) 및 배기 가스 출구관(16b)을 갖는다. 배기 가스 입구관(16a) 및 배기 가스 출구관(16b)에는 입구 유량 제어 밸브(V3) 및 출구 유량 제어 밸브(V4)가 각각 마련되어 그곳을 흐르는 배기 가스의 유량을 제어한다.The exhaust
배기 가스 재순환 장치(40)(이하, EGR이라고 함)는 배기 매니폴드(M1)와 소기 매니폴드(M2) 사이에 마련되고, 예를 들면, 스프레이, 쿨러 및 블로어를 가지며, 배기 매니폴드(M1)로부터 배출되는 배기 가스를 소기 매니폴드(M2)에 공급한다.An exhaust gas recirculation device 40 (hereinafter referred to as EGR) is provided between the exhaust manifold M1 and the scavenging manifold M2, and has, for example, a sprayer, a cooler, and a blower, and includes an exhaust manifold M1 ) is supplied to the scavenging manifold (M2).
이 구성에 의해, 배기 매니폴드(M1)로부터 배기 가스를 취출하여, 이를 EGR에서 처리하고 소기 매니폴드(M2)로 되돌림으로써 연소 공기의 산소 농도를 낮춰, NOx 생성을 삭감할 수 있다.With this configuration, exhaust gas is taken out from the exhaust manifold M1, treated by EGR, and returned to the scavenging manifold M2, thereby lowering the oxygen concentration of combustion air and reducing NOx production.
국제 해사 기관에 의한 3차 규제에 적합하게 하기 위해서는, 배기 가스 재순환 장치(40)(EGR)의 설치가 불가결하다. 그러나, 3차 규제가 적용되는 해역(규제 해역)은, 예를 들면 미국이나 캐나다 연안 근방에 한정되고 있고, 그 외의 대부분의 해역(비규제 해역)에서는 적용되지 않는다.In order to comply with the tertiary regulation by the International Maritime Organization, installation of the exhaust gas recirculation device 40 (EGR) is indispensable. However, the sea area (regulation sea area) to which the tertiary regulation is applied is limited to, for example, the vicinity of the coast of the United States or Canada, and is not applied in most other sea areas (non-regulation sea area).
그 때문에, 규제 해역에서는 EGR를 사용하고, 비규제 해역에서는 EGR를 정지하여 운용함으로써 3차 규제를 만족시키면서 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.Therefore, by using EGR in the regulated sea area and stopping and operating the EGR in the non-regulated sea area, it is possible to increase the energy efficiency of the vessel while satisfying the tertiary regulation.
본 발명의 제어 장치(50)는 이 때문에 클린 운전 모드와 발전 운전 모드를 갖는다.For this reason, the
클린 운전 모드에서는 배기 가스중의 NOx 농도가 제1 임계값 이하가 되도록 배기 가스 재순환 장치(40)(EGR)를 운전한다. 제1 임계값은, 예를 들면 3차 규제에 적합하게 설정한다. 클린 운전 모드는, 바람직하게는 3차 규제가 적용되는 규제 해역에서 사용한다.In the clean operation mode, the exhaust gas recirculation device 40 (EGR) is operated so that the concentration of NOx in the exhaust gas is equal to or less than the first threshold value. A 1st threshold value is set suitably for the 3rd regulation, for example. The clean operation mode is preferably used in a regulated sea where the tertiary regulation is applied.
발전 운전 모드에서는 EGR에 의한 배기 가스의 순환량을 저감하여 잉여 배기 가스를 PTG에 공급하여 발전한다. 발전 운전 모드는, 바람직하게는 비규제 해역에서 사용한다. 한편, 발전 운전 모드에서 EGR를 완전히 정지해도 무방하다..In the power generation operation mode, the circulation amount of exhaust gas by EGR is reduced, and surplus exhaust gas is supplied to PTG to generate power. The power generation operation mode is preferably used in an unregulated sea area. Meanwhile, it is okay to completely stop the EGR in the power generation operation mode.
입구 유량 제어 밸브(V3) 및 출구 유량 제어 밸브(V4)는 클린 운전 모드 및 발전 운전 모드에서 그 개방도가 제어된다.The openings of the inlet flow control valve V3 and the outlet flow control valve V4 are controlled in the clean operation mode and the power generation operation mode.
도 2는 본 발명에 의한 에너지 회수 장치(100)의 제어 방법의 전체 흐름도이다.2 is an overall flowchart of the control method of the
이 도면에서, 본 발명의 제어 방법은 상술한 에너지 회수 장치(100)를 이용하여 S1~S5의 각 스텝(공정)을 갖는다. 스텝 S1~S5는 엔진(1)의 운전 중 반복하여 실시한다.In this figure, the control method of the present invention has each step (process) of S1 to S5 using the
스텝 S1에서는 제어 장치(50)에 소기 매니폴드(M2) 내의 소기압의 적정 범위 내의 하한압(PL) 및 릴리프압(PH)을 기억한다. 소기압의 적정 범위는 엔진(1)의 운전 상태에 따라 적절하게 변경한다. 또한, 예를 들면, 하한압(PL)은 소기압의 적정 범위의 하한으로, 릴리프압(PH)은 하한압(PL)보다 높은 압이면서 적정 범위의 상한보다 낮은 압으로 설정한다.In step S1, the
스텝 S2에서는 엔진(1)의 운전 중에 소기압을 검출하여 하한압(PL) 및 릴리프압(PH)과 비교한다.In step S2, the scavenging pressure is detected during operation of the
스텝 S3에서는 소기압이 하한압(PL) 미만일 때, 발전 제어 밸브(V1) 및 배기 밸브(V2)를 모두 폐쇄한다. 이에 따라, 배기 매니폴드(M1)로부터 외부로 배기되는 배기 가스를 없애고, 배기 가스의 전량을 소기 매니폴드(M2)에 공급할 수 있다.In step S3, when the scavenging pressure is less than the lower limit pressure PL, both the power generation control valve V1 and the exhaust valve V2 are closed. Accordingly, the exhaust gas exhausted to the outside from the exhaust manifold M1 can be eliminated, and the entire amount of the exhaust gas can be supplied to the scavenging manifold M2.
스텝 S4에서는 소기압이 하한압(PL) 이상일 때, 발전 제어 밸브(V1)를 개방하여 PTG(30)의 발전 출력을 제어한다. 이에 따라, 소기압을 적정 범위로 유지하면서 잉여 배기 가스 에너지에 의해 발전할 수 있다. 발전된 전력은 선내에서 유효하게 이용할 수 있다.In step S4, when the scavenging pressure is equal to or higher than the lower limit pressure PL, the power generation control valve V1 is opened to control the power generation output of the
한편, 스텝 S4에서, 엔진(1)의 부하, 소기압, 과급기(20)의 회전수, 입구 압력 또는 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수 개가 소정의 설정값 이상일 때, PTG를 시동 가능하다고 판단한다.On the other hand, in step S4, it is determined that the PTG can be started when any one or more of the load of the
또한, PTG의 시동시에 발전 제어 밸브(V1)를 개방하고, 이에 더하여 엔진(1)의 부하, 소기압, 과급기(20)의 회전수, 입구 압력 또는 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수 개가 소정의 설정값 이하가 되지 않도록 발전 제어 밸브(V1)의 개방도를 조정하는 것이 좋다.In addition, when the PTG starts, the power generation control valve V1 is opened, and in addition, any one or a plurality of the load of the
또한, PTG의 정지시에는 배기 밸브(V2)를 개방하고, 이어서 발전 제어 밸브(V1)를 폐쇄함으로써 PTG의 오버 런을 방지할 수 있다.In addition, when the PTG stops, the exhaust valve V2 is opened, and then the power generation control valve V1 is closed, thereby preventing the PTG from overrunning.
또한, PTG가 과전류에 의해 차단되었을 때, 배기 밸브(V2)의 전개와 동시에 발전 제어 밸브(V1)를 전부 폐쇄하고, 축 브레이크(30d)에 의해 PTG의 파워 터빈(30a)의 회전을 제동한다.In addition, when the PTG is cut off by overcurrent, the power generation control valve V1 is completely closed at the same time as the exhaust valve V2 is opened, and the rotation of the
스텝 S5에서는, 소기압이 릴리프압(PH) 이상일 때, 발전 제어 밸브(V1)를 개방하여 PTG(30)의 발전 출력을 제어하면서, 배기 밸브(V2)를 개방하여 배기 매니폴드(M1)를 감압한다. 이에 따라, 소기압을 적정 범위까지 낮출 수 있다.In step S5, when the scavenging pressure is equal to or higher than the relief pressure (PH), the exhaust valve V2 is opened to open the exhaust manifold M1 while controlling the power generation output of the
한편, 배기 밸브(V2)가 유량 조절 밸브인 경우, 소기압이 릴리프압(PH) 이상일 때, 엔진(1)의 부하, 소기압, 과급기(20)의 회전수, 입구 압력, 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수가 소정의 설정값 이하가 되지 않도록 배기 밸브(V2)의 개방도를 조정하는 것이 좋다.On the other hand, when the exhaust valve V2 is a flow control valve, when the scavenging pressure is equal to or higher than the relief pressure PH, any one of the load of the
상술한 스텝 S1~S5의 제어는, 바람직하게는 클린 운전 모드와 발전 운전 모드에서 모두 실시한다.The above-described control of steps S1 to S5 is preferably performed in both the clean operation mode and the power generation operation mode.
즉, 클린 운전 모드에서도 잉여 배기 가스가 발생하는 한, 발전 제어 밸브(V1)를 개방하여 PTG(30)에서 발전한다. 이에 따라, 발전한 전력은 선내에서 유효하게 이용할 수 있다.That is, as long as surplus exhaust gas is generated even in the clean operation mode, power generation is generated in the
도 3a 내지 도 3c는 특허문헌 1의 에너지 회수 장치의 성능 특성도이다.3A to 3C are performance characteristics of the energy recovery device of
도 3a는 메인 기관 부하율과 배기 가스량의 관계도이다. 배기 가스량은 메인 기관 부하율의 상승에 거의 비례하여 증가한다. 메인 기관의 상용 영역은, 예를 들면 도면에서 사선으로 나타내는 75~85%이다.3A is a relationship diagram between a main engine load factor and an exhaust gas amount. The amount of exhaust gas increases almost in proportion to the increase in the main engine load factor. The commercial area of the main engine is, for example, 75 to 85% indicated by oblique lines in the drawing.
도 3b는 메인 기관 부하율과 배기 가스 온도의 관계도이다. 배기 가스 온도는 과급기(20)의 특성에 의존한다. 즉, 통상적으로는 과급기 효율이 상용 출력 근방에서 최대값이 되도록 선정되기 때문에, 배기 가스 온도는 메인 기관 부하율에 비례하지 않는다.3B is a relationship diagram between the main engine load factor and the exhaust gas temperature. The exhaust gas temperature depends on the characteristics of the supercharger (20). That is, the exhaust gas temperature is not proportional to the main engine load factor because the supercharger efficiency is usually selected to be the maximum value near the normal power output.
배기 가스 온도는 일반적으로는 저부하로부터 중부하에서 상승하고, 중부하 영역에서는 과급기 효율의 상승과 함께 일정해지며, 고부하역에서는 과급기(20)를 바이패스함으로써 비약적으로 상승한다.The exhaust gas temperature generally rises from low load to medium load, becomes constant with an increase in turbocharger efficiency in the heavy load range, and rises dramatically in the high load range by bypassing the
도 3c는 메인 기관 부하율과 PT출력(파워 터빈 발전기(30)의 출력)의 관계도이다.3C is a relationship diagram between the main engine load factor and the PT output (output of the power turbine generator 30).
도 3a와 도 3b의 특성으로부터, PT 출력은 메인 기관 부하율이 상용 영역을 넘으면, 도 3c에 파선의 타원으로 나타낸 바와 같이 상승률이 높아진다. PTG는 그 특성상 가스 온도가 높아지면 출력이 증대되므로, 특허문헌 1에서는 PTG의 정격 용량을 메인 기관의 100% 부하에 맞추어 설정할 필요가 있다.From the characteristics of FIGS. 3A and 3B, when the main engine load ratio exceeds the commercial range, the rise rate of the PT output increases as indicated by the broken ellipse in FIG. 3C. Due to its characteristics, the output of the PTG increases when the gas temperature increases, so in
그러나, 상용 영역을 넘는 부하로 메인 기관을 운전하는 빈도는 일반적으로 낮고, 오히려 감속 항해에 의해 상용 영역보다 낮은 40~70%정도의 부하로 운전되는 경우가 많다. 그 때문에, 특허문헌 1과 같이 메인 기관의 100% 부하에 맞추어 설정한 PTG에서는 사용 빈도가 높은 부분 부하에서 PTG의 효율이 대폭 저하된다.However, the frequency of operating the main engine at a load exceeding the commercial range is generally low, and rather, it is often operated at a load of about 40 to 70% lower than the commercial range due to reduced speed sailing. Therefore, in the PTG set according to the 100% load of the main engine as in
또한, PTG의 발전기(30c)에 동기 발전기가 아닌 유도 발전기를 채용하는 경우, PTG는 단독으로 운전될 수 없기 때문에 디젤 발전기와 병렬 운전시킬 필요가 있다. 이 경우, PTG가 트립(차단)된 경우, PTG가 생성하고 있던 전력을 병렬 운전하고 있는 디젤 발전기가 여분으로 발전할 필요가 있기 때문에, PTG의 정격이 큰 경우에는 그에 알맞은 디젤 발전기로 하기 위해 디젤 발전기의 필요 용량이 커진다.In addition, when an induction generator other than a synchronous generator is employed for the
또한, EGR을 구비하는 경우, EGR의 특성으로서 EGR의 운전중에는 메인 기관에서 발생하는 배기 가스가 일정량 흡입 공기 측으로 되돌아오기 때문에, 이 배기 가스량은 과급기를 바이패스한다. 이 바이패스량 만큼 과급기의 작동량은 감소하므로, 3차 규제 모드에서는 소기압이 저하되어 연비가 악화된다. 이를 보충하고 연비 악화를 억제하기 위해서는, 과급기의 사이즈(정격 용량)를 크게 할 필요가 있다.In the case of providing the EGR, as a characteristic of the EGR, since a certain amount of exhaust gas generated in the main engine returns to the intake air side during EGR operation, this amount of exhaust gas bypasses the supercharger. Since the operation amount of the supercharger is reduced by the bypass amount, the scavenging pressure is lowered in the tertiary regulation mode, resulting in deterioration in fuel economy. In order to compensate for this and suppress deterioration in fuel consumption, it is necessary to increase the size (rated capacity) of the supercharger.
그러나, 과급기의 사이즈를 크게 하면 2차 규제 모드에서는 반대로 과급기가 너무 커지게 된다. 즉, 2차 규제 모드에서는 선정한 과급기에 대하여 배기 가스 에너지가 과잉된다.However, if the size of the supercharger is increased, the supercharger becomes too large in the secondary regulation mode. That is, in the secondary regulation mode, exhaust gas energy is excessive with respect to the selected supercharger.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 에너지 회수 장치(100)의 성능을 나타내는 특성도이다.4A to 4C are characteristic diagrams showing the performance of the
도 4a는 본 발명에서의 메인 기관 부하율과 PT 출력의 관계도이다. 본 발명에서는 PTG의 정격 출력을 메인 기관의 상용 영역보다 낮은 부하에 맞추어 설정한다. 이 설정에 의해, 이하의 효과를 얻을 수 있다.Figure 4a is a relationship between the main engine load factor and PT output in the present invention. In the present invention, the rated output of the PTG is set according to a load lower than the commercial area of the main engine. By this setting, the following effects can be obtained.
(1) 메인 기관의 부분 부하 운전에서 PTG의 효율을 상승시킬 수 있다.(1) PTG efficiency can be increased in partial load operation of the main engine.
(2) PTG의 정격이 내려가기 때문에 PTG의 비용을 낮출 수 있다.(2) Since the rating of PTG is lowered, the cost of PTG can be lowered.
(3) 병렬 운전이 필요한 디젤 발전기의 용량의 적정화를 도모할 수 있다.(3) Optimization of the capacity of diesel generators requiring parallel operation can be achieved.
도 4b는 도 1에서 PTG 정지시의 메인 기관 부하율과 잉여 배기 가스량의 관계도이다.FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the main engine load factor and the surplus exhaust gas amount when the PTG is stopped in FIG. 1 .
일반적으로는, 메인 기관의 부하가 상승함에 따라 잉여 배기 가스량도 증대된다.In general, as the load on the main engine increases, the amount of surplus exhaust gas also increases.
도 4c는 PTG 운전시의 메인 기관 부하율과 발전 제어 밸브(V1) 및 배기 밸브(V2)의 통과 유량의 관계도이다.Fig. 4C is a relationship diagram between the main engine load factor and the passage flow rate of the power generation control valve V1 and the exhaust valve V2 during PTG operation.
상용 부하 영역보다 아래의 부하 영역에서는 소기압이 하한압(PL) 이상일 때, 발전 제어 밸브(V1)가 개방되어 PTG의 발전 출력을 제어한다. 또한, 메인 기관의 소기압이 적정 범위(하한과 상한 사이)가 되도록 발전 제어 밸브(V1)의 개방도를 조정한다.In the load region below the normal load region, when the scavenging pressure is equal to or greater than the lower limit pressure PL, the generation control valve V1 is opened to control the generation output of the PTG. In addition, the opening of the power generation control valve V1 is adjusted so that the scavenging pressure of the main engine is in an appropriate range (between the lower limit and the upper limit).
일반적으로는, 메인 기관의 부하가 상승함에 따라 소기압은 상승하므로, 발전 제어 밸브(V1)의 개방도도 상승한다.In general, since the scavenging pressure increases as the load of the main engine increases, the degree of opening of the power generation control valve V1 also increases.
다음으로, PTG는 상용 부하 영역 부근에서 정격 출력이 되도록 설정되어 있으므로, 메인 기관 부하가 상승하여 PTG의 출력이 정격 출력에 도달하면, PTG에 더 이상의 배기 가스가 흐르지 않도록 발전 제어 밸브(V1)의 개방도가 조정된다.Next, since the PTG is set to have a rated output in the vicinity of the normal load range, when the main engine load rises and the output of the PTG reaches the rated output, the power generation control valve V1 is turned on so that no more exhaust gas flows to the PTG. The degree of opening is adjusted.
한편, 소기압이 소정의 릴리프압(PH) 이상일 때, 배기 밸브(V2)가 개방되어 배기 매니폴드(M1)를 감압한다. 이 때문에, 상용 영역보다 아래의 부하에서는 소기압은 릴리프압(PH) 미만이며 배기 밸브(V2)는 전부 폐쇄되어 있다.On the other hand, when the scavenging pressure is equal to or higher than the predetermined relief pressure (PH), the exhaust valve (V2) is opened to depressurize the exhaust manifold (M1). For this reason, the scavenging pressure is less than the relief pressure (PH) at a load lower than the normal range, and the exhaust valve V2 is all closed.
상용 영역보다 위의 부하에서는 PTG 출력이 정격에 도달하여 PTG에서 완전히 회수할 수 없는 잉여 가스가 발생하여 소기압이 높아지므로, 소기압이 릴리프압(PH) 이상이 되어 배기 밸브(V2)가 개방되어 배기 가스를 외부로 배기하여, 배기 매니폴드(M1)를 감압한다.At a load above the normal range, the PTG output reaches the rated value, and surplus gas that cannot be completely recovered from the PTG is generated and the scavenging pressure rises, so the scavenging pressure becomes higher than the relief pressure (PH) and the exhaust valve (V2) opens and the exhaust gas is discharged to the outside, and the exhaust manifold (M1) is depressurized.
특히, EGR을 구비하는 경우, 2차 규제 모드에서 배기 가스 에너지가 대량으로 남는 것이 예상되며, 본 발명에서는 이 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.In particular, when EGR is provided, it is expected that a large amount of exhaust gas energy remains in the secondary regulation mode, and this energy can be effectively used in the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 3차 규제에 적합하게 하기 위해 EGR을 탑재하는 경우, 과급기(20)는 3차 규제 모드에서 충분한 소기압을 확보하고, 2차 규제 모드에서는 잉여 배기 가스가 발생하도록 선정하고, 아울러 파워 터빈 발전기(30)(PTG)를 구비한다. PTG에 의해 2차 규제 모드로 운전하는 경우에 대량으로 발생하는 잉여 배기 가스의 에너지를 회수할 수 있다.As described above, in the present invention, when EGR is mounted to conform to the tertiary regulation, the
본 발명에 의하면, EGR을 적용하는 선박에서 과급기의 사이즈가 크기 때문에 2차 규제 모드에서 버려지고 있던 잉여 배기 가스 에너지를 전력으로 유효하게 이용할 수 있어, 이를 구비한 선박의 종합 열효율을 높일 수 있다.According to the present invention, since the size of the supercharger is large in a ship to which EGR is applied, the surplus exhaust gas energy discarded in the secondary regulation mode can be effectively used as power, and the overall thermal efficiency of the ship equipped with it can be increased.
상술한 바와 같이, 본 발명은 3차 규제에 대응한 선박에서, 메인 기관에, 과급기(20), 파워 터빈 발전기(30)(PTG) 및 배기 가스 재순환 장치(40)(EGR)를 구비한다. 과급기(20)는 3차 규제를 만족하는 운전 모드(3차 규제 모드)에서 충분한 소기압을 확보하고, NOx 2차 규제(NOx Tier II, 이하, 2차 규제라고 함)에서는 잉여 배기 가스 에너지가 발생하도록 선정한다. 2차 규제를 만족하는 운전 모드(2차 규제 모드)에서 발생한 잉여 배기 가스 에너지를 PTG에 의해 회수한다.As described above, in the present invention, in a ship corresponding to the tertiary regulation, the main engine is provided with a
상술한 발전 제어 밸브(V1)의 위치는, 배기 매니폴드(M1)의 우현측 혹은 선미측으로 하는 것이 좋다. 우현측의 경우는, PTG 출구의 배기 가스 배출관(14b)이 메인 기관 배기 가스관으로 되돌아가기 쉬운 위치이다. 또한, 선미측의 경우는, 배기 가스 바이패스관의 서포트가 쉽고, 배의 선미측은 PTG의 탑재 장소를 확보하기 쉽다는 이점이 있다.The position of the power generation control valve V1 described above is preferably set to the starboard side or the stern side of the exhaust manifold M1. In the case of the starboard side, the exhaust gas discharge pipe 14b at the PTG outlet is in a position where it is easy to return to the main engine exhaust gas pipe. Further, in the case of the stern side, it is easy to support the exhaust gas bypass pipe, and there is an advantage that it is easy to secure a place to mount the PTG on the stern side of the ship.
배기 밸브(V2)는 파워 터빈 발전기(30)(PTG)가 ACB 트립(저압 기중 차단기)했을 때, 고속으로 개방되도록 제어한다.The exhaust valve V2 is controlled to open at high speed when the power turbine generator 30 (PTG) trips the ACB (low pressure air circuit breaker).
또한, 바람직하게는, ACB 트립시 PTG가 과회전되는 것을 방지하기 위해 축 브레이크(30d)를 작동시킨다.In addition, preferably, the shaft brake 30d is operated to prevent the PTG from over-rotating when the ACB trips.
제어 장치(50)에 의한 그밖의 제어는 다음과 같다.Other controls by the
(1) 2차 규제 모드의 선택시, 메인 기관의 부하, 소기압, 과급기(20)의 회전수, 입구 압력 또는 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수의 조건이 갖추어졌을 때 PTG가 기동 가능하게 한다.(1) When selecting the secondary regulation mode, the PTG is enabled to start when any one or a plurality of conditions are satisfied among the load of the main engine, the scavenging pressure, the number of revolutions of the
(2) PTG가 기동하면 발전 제어 밸브(V1)가 개방됨과 함께 배기 밸브(V2)는 전부 폐쇄한다. 이때, 이어서 메인 기관의 부하, 소기압, 과급기(20)의 회전수, 입구 압력 또는 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수 개를 감시하여, 소정의 설정값 이하가 되지 않도록 발전 제어 밸브(V1)의 개방도를 조정하는 것이 좋다.(2) When the PTG starts, the power generation control valve V1 opens and the exhaust valve V2 completely closes. At this time, one or more of the load, scavenging pressure, rotation speed of the
또한, 바람직한 밸브의 동작 순서로는, 먼저 발전 제어 밸브(V1)를 개방하고 그 개방 신호를 받아 배기 밸브(V2)를 전부 폐쇄한다.Further, in a preferable valve operation sequence, first, the power generation control valve V1 is opened, and the exhaust valve V2 is completely closed in response to the opening signal.
(3) PTG를 정지시키는 경우, 배기 밸브(V2)를 개방함과 함께 발전 제어 밸브(V1)를 전부 폐쇄한다. 바람직한 밸브의 동작 순서로는, 먼저 배기 밸브(V2)를 개방하고 그 개방 신호를 받아 발전 제어 밸브(V1)를 폐쇄한다. 통상의 트립 동작은 이 제어를 행한다.(3) When the PTG is stopped, the exhaust valve V2 is opened and the power generation control valve V1 is entirely closed. In a preferable valve operation sequence, the exhaust valve V2 is first opened, and the power generation control valve V1 is closed in response to the opening signal. A normal trip operation performs this control.
(4) PTG가 ACB 트립한 경우, 배기 밸브(V2)를 개방함과 함께 발전 제어 밸브(V1)를 폐쇄한다. 이때, 바람직하게는 배기 밸브(V2)와 발전 제어 밸브(V1)는 동시에 고속으로 동작한다. 또한, 축 브레이크(30d)를 구비하고 있는 경우에는, PTG 트립과 동시에 축 브레이크(30d)가 작동하여 파워 터빈(30a)의 과회전을 방지한다.(4) When the PTG trips the ACB, the exhaust valve V2 is opened and the power generation control valve V1 is closed. At this time, preferably, the exhaust valve V2 and the power generation control valve V1 simultaneously operate at high speed. In addition, when the shaft brake 30d is provided, the shaft brake 30d operates simultaneously with the PTG trip to prevent over-rotation of the
한편, 발전 제어 밸브(V1)가 전부 폐쇄되었을 때, 축 브레이크(30d)의 작동을 해제하여 축 브레이크(30d)의 과부하를 방지하는 것이 좋다.On the other hand, when the power generation control valve V1 is completely closed, it is preferable to release the operation of the axial brake 30d to prevent overload of the axial brake 30d.
상술한 본 발명의 실시 형태에 의하면, 과급 라인(10), 배기 라인(14) 및 발전 라인(12)이 배기 매니폴드(M1)에 각각 독립적으로 연결되고, 과급기(20)는 과급 라인(10)에 설치되고, 파워 터빈 발전기(30)는 발전 라인(12)에 설치된다.According to the embodiment of the present invention described above, the supercharging
따라서, 과급기(20)의 배기 가스는 파워 터빈 발전기(30)를 경유하지 않고 직접 외부로 배기되므로, 과급기(20)의 배압이 상승하지 않아 과급기(20)의 성능 저하를 방지할 수 있다.Therefore, since the exhaust gas of the
또한, 파워 터빈 발전기(30)는 과급기(20)을 통과한 배기 가스를 이용하지 않기 때문에, 과급기(20)와 별개로 단독으로 운전할 수 있으며 단독으로 정지할 수 있다. 또한, 과급기(20)로 유입되는 배기 가스량에 관계없이 파워 터빈 발전기(30)의 처리량을 설정할 수 있으므로, 파워 터빈 발전기(30)를 소형화할 수 있다.In addition, since the
또한, 제어 장치(50)는, 소기압이 적정 범위 내의 하한압(PL) 이상일 때, 발전 제어 밸브(V1)를 개방하여 파워 터빈 발전기(30)의 발전 출력을 제어하므로, 종래 쓸모없이 배기되고 있던 고압의 배기 가스 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.In addition, since the
한편, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes are possible without departing from the gist of the present invention.
1: 엔진(메인 기관) 2: 압력 검출기
10: 과급 라인 10a: 배기 가스 입구관
10b: 배기 가스 출구관 10c: 흡기 입구관
10d: 흡기 출구관 12: 발전 라인
12a: 배기 가스 공급관 12b: 배기 가스 배출관
14: 배기 라인 16: 배기 가스 재순환 라인
16a: 배기 가스 입구관 16b: 배기 가스 출구관
20: 과급기 20a: 터빈
20b: 압력 30: 파워 터빈 발전기(PTG)
30a: 파워 터빈 30b: 감속기
30c: 발전기 30d: 축 브레이크
40: 배기 가스 재순환 장치 50: 제어 장치
100: 에너지 회수 장치 M1: 배기 매니폴드
M2: 소기 매니폴드 PL: 하한압
PH: 릴리프압 V1: 발전 제어 밸브
V2: 배기 밸브1: engine (main organ) 2: pressure detector
10
10b: Exhaust
10d: intake air outlet pipe 12: power generation line
12a: exhaust
14
16a: exhaust
20:
20b: pressure 30: power turbine generator (PTG)
30a: power turbine 30b: reducer
30c: generator 30d: axis brake
40: exhaust gas recirculation device 50: control device
100: energy recovery device M1: exhaust manifold
M2: scavenging manifold PL: lower limit pressure
PH: relief pressure V1: power generation control valve
V2: exhaust valve
Claims (10)
상기 과급 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 흡기를 압축하여 상기 엔진의 소기 매니폴드에 공급하는 과급기;
상기 발전 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 에너지에 의해 발전하는 파워 터빈 발전기;
상기 발전 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 상기 파워 터빈 발전기에 공급하는 배기 가스의 유량을 제어하는 발전 제어 밸브;
상기 배기 라인에 마련되어 상기 배기 매니폴드로부터 배기 가스를 외부로 배기하는 배기 밸브; 및
상기 발전 제어 밸브 및 상기 배기 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하는 에너지 회수 장치의 제어 방법으로서,
상기 제어 장치에 소기 매니폴드 내의 소기압의 적정 범위 내의 하한압과 릴리프압을 기억하고,
상기 엔진의 운전중에 상기 소기압을 검출하여 상기 하한압 및 상기 릴리프압과 비교하고,
상기 소기압이 하한압 미만일 때 상기 발전 제어 밸브 및 상기 배기 밸브를 모두 폐쇄하고,
상기 소기압이 하한압 이상일 때 상기 발전 제어 밸브를 개방하여 상기 파워 터빈 발전기의 발전 출력을 제어하고,
상기 소기압이 릴리프압 이상일 때 상기 발전 제어 밸브를 개방하여 상기 파워 터빈 발전기의 상기 발전 출력을 제어하고, 상기 배기 밸브를 개방하여 상기 배기 매니폴드를 감압하고,
상기 파워 터빈 발전기가 과전류에 의해 차단되었을 때, 상기 배기 밸브의 전부 개방과 상기 발전 제어 밸브의 전부 폐쇄를 동시에 행하고, 축 브레이크에 의해 상기 파워 터빈 발전기의 터빈의 회전을 제동하는, 에너지 회수 장치의 제어 방법.a charge line, a power generation line, and an exhaust line each independently connected to an exhaust manifold of the engine;
a supercharger provided in the supercharging line to compress intake air by energy of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold and to supply the compressed air to the scavenging manifold of the engine;
a power turbine generator provided in the power generation line and generating power by energy of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold;
a power generation control valve provided in the power generation line to control a flow rate of exhaust gas supplied from the exhaust manifold to the power turbine generator;
an exhaust valve provided in the exhaust line to exhaust exhaust gas from the exhaust manifold to the outside; and
A control method of an energy recovery device having a control device for controlling the power generation control valve and the exhaust valve,
storing a lower limit pressure and a relief pressure within an appropriate range of a scavenging pressure in the scavenging manifold in the control device;
Detecting the scavenging pressure during operation of the engine and comparing it with the lower limit pressure and the relief pressure;
closing both the power generation control valve and the exhaust valve when the scavenging pressure is less than the lower limit pressure;
When the scavenging pressure is equal to or greater than the lower limit pressure, the power generation control valve is opened to control the power generation output of the power turbine generator;
When the scavenging pressure is equal to or greater than the relief pressure, the power generation control valve is opened to control the power generation output of the power turbine generator, and the exhaust valve is opened to depressurize the exhaust manifold;
When the power turbine generator is cut off by overcurrent, the exhaust valve is fully opened and the power generation control valve is fully closed at the same time, and the shaft brake brakes the rotation of the turbine of the power turbine generator. control method.
상기 엔진의 부하, 상기 소기압, 상기 과급기의 회전수, 입구 압력 또는 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수 개가 소정의 설정값 이상일 때, 상기 파워 터빈 발전기를 시동 가능하다고 판단하는, 에너지 회수 장치의 제어 방법.According to claim 1,
A control method of an energy recovery device that determines that the power turbine generator can be started when any one or a plurality of the load of the engine, the scavenging pressure, the number of revolutions of the supercharger, the inlet pressure, or the inlet temperature is greater than a predetermined set value. .
상기 파워 터빈 발전기의 정지시에 상기 배기 밸브를 개방하고, 이어서 상기 발전 제어 밸브를 폐쇄하는, 에너지 회수 장치의 제어 방법.According to claim 1,
A control method of an energy recovery device, wherein the exhaust valve is opened when the power turbine generator is stopped, and then the power generation control valve is closed.
상기 소기압이 릴리프압 이상일 때, 상기 엔진의 부하, 상기 소기압, 상기 과급기의 회전수, 입구 압력, 입구 온도 중 어느 하나 또는 복수가 소정의 설정값 이하가 되지 않도록 배기 밸브의 개방도를 조정하는, 에너지 회수 장치의 제어 방법.
According to claim 1,
When the scavenging pressure is greater than or equal to the relief pressure, adjust the opening of the exhaust valve so that one or more of the load of the engine, the scavenging pressure, the number of revolutions of the supercharger, the inlet pressure, and the inlet temperature do not fall below a predetermined set value A control method of an energy recovery device.
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