KR20010102321A - Combustion unit for combusting a liquid fuel and a power generating system comprising such combustion unit - Google Patents

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자코부스 반리에르
코르네리스 아드리아누스 안토니우스 반파센
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엔. 브이. 케마
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Abstract

본 발명은 액체연료를 연소시키는 연소장치에 관한 것으로, 이는 연료입구와, 공기입구 및, 연료를 연소시키는 연소실에 연결된 연도가스출구를 구비하되, 상기 연료입구는 분무된 연료에서의 가스형성으로 인해 분무된 연료가 미세화되도록 설치된 적어도 하나의 폭발분무장치에 연결되며, 상기 폭발분무장치는 바람직하기로 폭발와류 분무장치인 한편, 적어도 하나의 가스터빈과, 이 가스터빈에 의해 구동되는 적어도 하나의 압축장치 및, 적어도 하나의 상기 연소장치를 구비하는 동력발생시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion apparatus for burning liquid fuel, which has a fuel inlet, an air inlet, and a flue gas outlet connected to a combustion chamber for burning fuel, the fuel inlet being formed by gas formation in the atomized fuel. It is connected to at least one explosion spray device installed to make the atomized fuel fine, wherein the explosion spray device is preferably an explosion swirl spray device, while at least one gas turbine and at least one compression driven by the gas turbine An apparatus and a power generation system having at least one said combustion apparatus.

Description

액체연료를 연소시키는 연소장치와 이를 구비하는 동력발생시스템 {Combustion unit for combusting a liquid fuel and a power generating system comprising such combustion unit}Combustion unit for combusting a liquid fuel and a power generating system comprising such combustion unit}

액체 연료, 특히 가솔린과, 등유, 디젤유, 메탄올과 같은 엔진용 연료의 연소에 있어서, 연소시에는 연료가 가능한 가장 작은 입자로 존재한다는 점이 중요하다. 연료입자들이 작으면 작을수록 연소생성물은 더욱 균질하게 된다. 보다 균질한 연소는 보다 적은 CO의 생성 및 배출은 물론, 보다 적은 매연의 생성과 배출에 관련된다.In the combustion of liquid fuels, in particular gasoline and fuels for engines such as kerosene, diesel oil and methanol, it is important that during combustion the fuel is present as the smallest possible particles. The smaller the fuel particles, the more homogeneous the combustion product. More homogeneous combustion is associated with less CO emissions and generation as well as less CO emissions and emissions.

그러므로, 연소실내에 가능한 가장 작은 연료방울을 넣는 것이 목적인 바, 공지된 연소장치는 연소순간에 연소실에서 가능한 가장 작은 연료방울을 얻기 위한 추가적인 수단을 갖춤으로써 특징을 이룬다.Therefore, the aim is to put the smallest possible fuel droplets in the combustion chamber, and the known combustion apparatus is characterized by having additional means for obtaining the smallest possible fuel droplets in the combustion chamber at the moment of combustion.

본 발명은 액체연료를 연소시키는 연소장치와, 이러한 연소장치를 구비하는 동력발생시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion device for burning liquid fuel and a power generation system having such a combustion device.

도 1은 폭발와류 분무기의 개략도이고,1 is a schematic diagram of an explosion vortex sprayer,

도 2는 배기터빈과급기를 갖춘 본 발명에 따른 디젤엔진의 개략도,2 is a schematic view of a diesel engine according to the present invention with an exhaust turbine supercharger,

도 3은 도 2에 도시된 디젤엔진의 변형예를 도시한 개략도,3 is a schematic view showing a modification of the diesel engine shown in FIG.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 연소엔진의 각각을 도시한 개략도,4 to 6 is a schematic diagram showing each of the combustion engine according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 동력발생시스템의 개략도,7 is a schematic diagram of a power generation system according to the present invention;

도 8은 상부의 가습공기 터빈(이하 TOPHAT) 원리를 따르는 본 발명에 따른 다른 동력발생시스템을 도시한 개략도,8 is a schematic view showing another power generation system according to the present invention according to the principle of the upper humidifying air turbine (hereinafter TOPHAT),

도 9는 상부의 가습공기 연소엔진(이하 TOPHACE) 원리를 따르는 본 발명에 따른 또 다른 동력발생시스템을 도시한 개략도이다.Figure 9 is a schematic diagram showing another power generation system according to the present invention according to the principle of the upper humidified air combustion engine (hereafter TOPHACE).

본 발명은 아주 작은 액체연료 입자들(중위크기(median size)가 5㎛ 보다 작은, 통상 3㎛ 보다 작은, 바람직하기로 2㎛ 보다 작은, 1.2㎛와 같은)을 연소실내로 이송하는 수단을 구비한, 액체연료를 연소시키는 연소장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 이는 상기 아주 작은 액체연료 입자들의 충분한 공급이 확보될 수 있는 한편, 이들 아주 작은 액체연료 입자를 얻기 위한 수단은 비교적 간단한 구조를 가지며, 비교적 단순한 방식으로 현존하는 연소장치에 부가될 수 있다.The present invention has a means for transferring very small liquid fuel particles (such as 1.2 μm, having a median size of less than 5 μm, usually less than 3 μm, preferably less than 2 μm) into the combustion chamber. It is an object of the present invention to provide a combustion device for burning liquid fuel. This can ensure a sufficient supply of such tiny liquid fuel particles, while the means for obtaining these tiny liquid fuel particles have a relatively simple structure and can be added to existing combustion apparatus in a relatively simple manner.

상기 목적은 본 발명에 따라 액체연료를 연소시키는 연소장치에 의해 성취될 수 있는 바, 이 연소장치는 연료입구와, 공기입구 및, 연료를 연소시키는 연소실에 연결된 연도가스출구를 구비하되, 상기 연료입구는 분무된 연료에서의 가스형성으로 인해 분무된 연료가 미세하게 되도록 설치된 적어도 하나의 폭발분무장치에 연결된다.The object can be achieved by a combustion device for burning liquid fuel in accordance with the present invention, the combustion device having a fuel inlet, an air inlet and a flue gas outlet connected to a combustion chamber for burning fuel, the fuel The inlet is connected to at least one explosive atomizer installed so that the atomized fuel becomes fine due to gas formation in the atomized fuel.

아주 작은 액체연료 입자들을 실현하는 수단은 폭발분무장치로 이루어진다.The means for realizing very small liquid fuel particles consists of an explosion spray device.

알려진 모든 유형의 분무기가 원칙적으로 상기 폭발분무장치에 사용될 수 있는데, 예컨대 와류분무기와 슬롯형 분무기, 구멍형 분무기, 회전판형 또는 사발형 분무기 및, 선택적으로 펜형 분무기가 적당하다. 중요한 것은 상기 분무기가 액체연료막 또는 방울을 변화된 조건하에서 가스성 매개체로 생성시켜 차후에 폭발분무를 일으키는 것이다. 폭발분무는 액체연료가 일정조건하의 연소실로 들어가는 것을 수반하여, 분무기에 걸친 압력강하로 인해 끓음이나 기체방울이 액체연료막 또는 방울에 발생한다. 즉, 가스형성이 액체연료에 일어난다. 소위 순간증발(flashing)또는 응결은 갑작스러운 국부적인 끓음이나 가스응결로 인해 폭발하거나 미세하게 되는 연료막 또는 방울을 생성한다. 이 미세화는 아주 작은 연료방울이 가스성 매개체로 생성되게 한다. 연료입자들의 중위크기는 미세화 후에 5㎛ 보다 작은, 통상 3㎛ 보다 작은, 바람직하기로 2㎛ 보다 작은, 예컨대 1.2㎛으로 된다.All known types of nebulizers can in principle be used in the explosion spray device, for example vortex nebulizers and slotted nebulizers, hole nebulizers, tumbler or bowl nebulizers, and optionally pen nebulizers. What is important is that the atomizer produces a liquid fuel film or droplets as a gaseous medium under varying conditions, which in turn causes an explosion spray. Explosion spraying involves the liquid fuel entering the combustion chamber under certain conditions, resulting in boiling or droplets in the liquid fuel film or droplets due to the pressure drop across the sprayer. That is, gas formation occurs in liquid fuel. So-called flashing or condensation creates a fuel film or droplet that explodes or becomes fine due to sudden local boiling or gas condensation. This refinement causes very small droplets of fuel to be produced as a gaseous medium. The median size of the fuel particles is, after miniaturization, smaller than 5 μm, usually smaller than 3 μm, preferably smaller than 2 μm, such as 1.2 μm.

상기 폭발분무장치는 연소실로 직접 분무된 액체연료를 전달하지 않아도 된다. 불필요하게 큰 방울성장이 합체의 결과로 일어나지 않고서, 발생된 연료방울이 최종적으로 연소실로 들어가는 것으로 충분하다.The explosion spray device does not have to deliver the liquid fuel sprayed directly into the combustion chamber. It is sufficient for the resulting droplets to finally enter the combustion chamber without unnecessarily large drop growth occurring as a result of coalescence.

본 발명은 분무기들이 미세화 후에 상기 중위크기를 갖는 입자들로 생성할 수 있는 한 모든 유형의 분무기들의 분무수단에 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 폭발분무장치는 분무된 연료가 이 분무된 연료내의 가스형성을 통해 미세하게 되도록 설치되는 것이 중요하다.The present invention can be used in the atomizing means of all types of atomizers as long as the atomizers can produce particles having the above medium size after miniaturization. In this regard, it is important that the explosion spray device be installed such that the atomized fuel becomes fine through the gas formation in the atomized fuel.

바람직하기로, 와류분무기를 구비한 폭발와류 분무장치가 이용되는 바, 이러한 공지된 와류분무기에서 와류운동은 와류실에서 액체연료에 전달되고, 소용돌이치는 연료는 출구개구부로부터 나오게 된다. 연료의 배출층 두께는 출구통로의 직경의 일부(예컨대 10%)이다. 다음에 일어나는 폭발미세화 때문에 5㎛ 또는 이보다 작은 중위크기를 갖는 입자들이(압력강하와 온도 및 통로직경에 따라) 얻어진다.Preferably, an explosive vortex sprayer with a vortex sprayer is used, in which known vortex sprayer vortices are transferred to the liquid fuel in the vortex chamber and the swirling fuel exits the outlet opening. The outlet layer thickness of the fuel is a portion of the diameter of the outlet passage (eg 10%). Subsequent explosion micronization results in particles having a median size of 5 μm or smaller (depending on pressure drop and temperature and passage diameter).

상기 미세화를 실현하기 위해서, 액체연료가 분무되는 조건들(특히 조건들의 변화)이 미세화를 위해 최적으로 되는 것이 중요하다. 순간증발-미세화를 위한 중요한 조건으로는 연료의 온도와, 연료가 분무되는 분무압력, 배출동안의 압력강하 및, 통로직경이 있다. 그러므로, 폭발분무장치는 증발작용제의 온도 또는 분무압력을 조절하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.In order to realize the miniaturization, it is important that the conditions under which the liquid fuel is sprayed (particularly changes in conditions) are optimized for miniaturization. Important conditions for flash evaporation are the temperature of the fuel, the spraying pressure at which the fuel is sprayed, the pressure drop during discharge, and the passage diameter. Therefore, it is preferable that the explosion spray device is provided with means for adjusting the temperature or spray pressure of the evaporating agent.

전술된 연소장치를 개조하는 경우에, 새롭거나 변형된 공기입구에 다수의 폭발분무장치의 구성을 일체로 형성시키거나, 연소실로 바로 나아가는 폭발분무장치를 갖출 수 있다. 각 폭발분무장치의 출구통로가 방위를 갖게 함으로써, 연료를 분무시켜 연소를 위한 연료 및 공기의 혼합물의 형성을 최적으로 되게 할 수 있다. 특히 와류분무기가 바람직하며, 매우 단순한 구조를 구조를 갖기 때문에 슬롯형 또는 구멍형 분무기가 용이하게 소형화될 수 있고 현존하는 연소장치에 설치될 수 있다. 따라서, 대단히 많은 수의 폭발분무장치가 현존하는 연소장치를 많이 변형시키지 않고서도 병합될 수 있는데, 이는 연소실에 대한 연료흐름율의 선택에 큰 자유를 제공한다. 현존하는 연소장치의 개조는 이 연소장치가 저비용으로 개조될 수 있고, 그럼에도 불구하고 저매연 및 저NOx배출특성을 갖고서 크게 향상된 연소를 실현할 수 있게 한다.In the case of modifying the above-described combustion apparatus, it is possible to integrally form a configuration of a plurality of explosion spray apparatuses at a new or modified air inlet, or to have an explosion spray apparatus that goes directly to the combustion chamber. By having the exit passage of each explosion spray device in azimuth, it is possible to atomize the fuel to optimize the formation of a mixture of fuel and air for combustion. Vortex atomizers are particularly preferred, and because they have a very simple structure, slotted or hole atomizers can be easily miniaturized and installed in existing combustion apparatuses. Thus, a very large number of explosion spray devices can be incorporated without much modification of existing combustion devices, which provides great freedom in the choice of fuel flow rate for the combustion chamber. Modifications of existing combustion apparatuses enable these combustion apparatuses to be retrofitted at low cost and nevertheless achieve significantly improved combustion with low smoke and low NO x emission characteristics.

전술된 바와 같이, 액체연료는 연료로 사용될 수 있는데, 여기서 액체상태는 연료입구에서 우세한 온도와 압력에서의 연료의 상태에 관계된다. 이는 대기조건에서 가스인 연료가 사용될 수 있음을 의미한다. 디젤유와 가솔린과 같은 연료는 끓음범위를 갖는다. 이는 폭발분무를 실현하기 위해서 온도가 상기 끓음범위로부터 선택되어 현저한 순간증발효과가 일어나야 함을 의미한다. 디젤유에서, 이 온도는 350℃로 선택될 수 있으며, 등유나 가솔린에서는 낮은 연료온도(등유는 250℃, 가솔린은 150℃)가 선택될 수 있다. 400℃와 같은 높은 연료온도는 저속의 선박용 디젤엔진을 위해 선택될 수 있다. 하지만, 이들 온도는 폭발분무에 긍정적인 영향을 끼치는 선택적인 연료첨가제와 사용된 압력에 따라 변화할 수 있다. 최적의 폭발분무를 실현하기 위해서 연소장치는 바람직하기로 연료의 분무압력과 온도를 조절하는 수단이 설치됨을 알 수 있다.As mentioned above, liquid fuel can be used as fuel, where the liquid state relates to the state of the fuel at the prevailing temperature and pressure at the fuel inlet. This means that fuel which is a gas at atmospheric conditions can be used. Fuels such as diesel oil and gasoline have a boiling range. This means that in order to realize the explosion spraying, the temperature must be selected from the boiling range and a significant instantaneous evaporation effect must occur. In diesel oil, this temperature can be chosen as 350 ° C, and in kerosene or gasoline a lower fuel temperature (250 ° C for kerosene and 150 ° C for gasoline) can be chosen. High fuel temperatures, such as 400 ° C., may be selected for low speed marine diesel engines. However, these temperatures can vary depending on the pressures used and the optional fuel additives that have a positive effect on the explosion spray. It can be seen that the combustion apparatus is preferably equipped with means for regulating the spray pressure and temperature of the fuel in order to realize an optimal explosion spray.

또한, 바람직하기로 온도조절수단이 임계온도로 또는 그 근처로 증발작용제의 온도를 조절하면, 이 증발작용제는 0 N/m2또는 거의 이와 같은 표면장력을 얻게 된다. 이는 액체를 분무시키기 위해 분무에너지가 더이상 또는 거의 필요하지 않아서 방울크기가 아주 작게(여기서 중위의 방울크기가 0.1㎛로 될 수 있다) 되고, 표면장력을 감소시키기 위한 다른 작용제의 사용이 선택적으로 필요없게 될 수 있음을 의미한다.Further, preferably, if the temperature control means adjusts the temperature of the evaporating agent at or near the critical temperature, the evaporating agent will obtain 0 N / m 2 or almost such surface tension. This means that the spray energy is no longer or rarely needed to spray the liquid, so that the droplet size is very small (where the median droplet size can be 0.1 μm), and optionally the use of other agents to reduce the surface tension is required. It means you can be gone.

미세화를 위한 상기 물리적인 조건들에 덧붙여, 연료에 대한 화학적 또는 물리적인 첨가제에 의해 미세화를 향상시킬 수도 있다. 그러므로, 연료의 표면장력을 줄이는 작용제를 연료에 첨가하여서, 미세화에 필요한 에너지를 감소시키는 것이 바람직하다. 청정제 및 이와 유사한 것이 표면장력을 줄이는 작용제로 사용될 수 있다. 표면장력을 줄이는 작용제로는 연료방울의 표면에만 남아 있지 않되, 연료막 또는 방울을 통해 거의 균질하게 분포되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 분무 후와 미세화 전에 표면장력이 확산의 결과로 작은 범위로 감소될 필요는 없다. 이들 조건에서, 지방산 특히 짧은 지방산과 선택적으로 메탄올 및 에탄올과 같은 알코올을 이용하는 것이 바람직하다. 후자의 작용제가 비교적 낮은 끓는점과 우수한 연소때문에 특히 바람직하다. 따라서, 연소과정은 이들 첨가제에 의해 부정적인 의미의 영향을 받는 것이 방지된다.In addition to the above physical conditions for refinement, refinement may be enhanced by chemical or physical additives to the fuel. Therefore, it is desirable to add an agent to the fuel that reduces the surface tension of the fuel, thereby reducing the energy required for miniaturization. Detergents and the like may be used as agents that reduce surface tension. Agents that reduce surface tension do not remain only on the surface of the fuel droplets, but are preferably distributed almost homogeneously through the fuel membrane or droplets. As such, the surface tension need not be reduced to a small extent as a result of diffusion after spraying and before miniaturization. Under these conditions, preference is given to using fatty acids, especially short fatty acids and optionally alcohols such as methanol and ethanol. The latter agent is particularly preferred because of its relatively low boiling point and good combustion. Thus, the combustion process is prevented from being negatively affected by these additives.

다른 실시예에 따르면, 연료는 연료의 표면장력을 줄이거나, 분무기에 걸친 압력강하의 결과로 연료에서의 가스형성을 향상시키는 연소가능하거나 증발가능한 물질을 함유한다. 특히 연료의 끓는점보다 낮은 끓는점을 가진 연소가능하거나 증발가능한 물질이 여기에 이용될 수 있다. 연료와 선택적으로 증발작용제의 끓음범위인 경우에, 이들 범위는 증발작용제가 가스형성과 궁극적으로 연료의 미세화에 근본적으로 기여하도록 선택됨을 의미한다. 다수의 또는 혼합된 증발작용제가 사용될 때, 가장 낮은 끓는점을 가진 증발가능한 물질이 먼저 급격히 증발하고, 폭발분무장치를 통과할 때의 압력강하로 인해 끓는 방울을 형성하여서, 액체연료가 폭발하거나 작은 방울로 미세하게 된다. 혼합물은 예컨대 연료로 디젤유와 증발작용제로 물이 사용될 수 있다. 과열된 증발작용제(물)도 증발작용제(예컨대 물)로 사용될 수 있으며, 특히 증기를 발생시키는 기름연소 보일러에 사용될 수 있다. 이 경우에, 연료와 과열된 물이 폭발분무에 의해 보일러내에 별도로 넣어질 수도 있다. 여기서, 물의 증발을 통해 혼합물의 온도가 연소전과 연소동안 및 연소후에 낮게 된다고 하는 부가적인 장점이 실현되는데, 이는 연소장치의 이행성능을 향상시키고 CO와 NOx의 배출을 감소시킨다.According to another embodiment, the fuel contains combustible or vaporizable materials that reduce the surface tension of the fuel or improve gas formation in the fuel as a result of the pressure drop across the atomizer. In particular, combustible or vaporizable materials having a boiling point lower than the boiling point of the fuel may be used here. In the case of boiling ranges of fuel and optionally evaporating agents, these ranges mean that the evaporating agents are chosen to fundamentally contribute to gas formation and ultimately fuel refinement. When multiple or mixed evaporating agents are used, the lowest boiling evaporable material first evaporates rapidly, forming a boiling drop due to the pressure drop as it passes through the explosion spray device, causing the liquid fuel to explode or drop. Finer. The mixture can be used, for example, diesel oil as fuel and water as evaporating agent. Superheated evaporating agents (water) can also be used as evaporating agents (such as water), in particular in oil-fired boilers generating steam. In this case, the fuel and the superheated water may be put into the boiler separately by the explosion spray. Here, an additional advantage is realized through the evaporation of water that the temperature of the mixture is lowered before combustion, during combustion and after combustion, which improves the performance of the combustion device and reduces the emissions of CO and NO x .

상기 연소장치는 예컨대 가스엔진이나 가솔린엔진 또는 디젤엔진과 같은 연소엔진에 사용될 수 있다. 덧붙여, 이 연소장치는 동력을 발생시키는 시스템에 병할될 수 있는 바, 이 시스템은 가스터빈에 의해 구동되는 압축장치와, 이 압축장치에 의해 압축된 연료와 공기가 연소되고 가스터빈에 공급되는 본 발명에 따른 연소장치를 구비한다.The combustion device can be used for example in combustion engines such as gas engines, gasoline engines or diesel engines. In addition, the combustor may be combined with a power generating system, which includes a compressor driven by a gas turbine, and a system in which fuel and air compressed by the compressor are combusted and supplied to the gas turbine. A combustion device according to the invention is provided.

폭발분무장치가 상기 압축장치에 사용되어 비교될 정도로 높은 증발에너지를 가진 결정된 증발작용제(예컨대 물)를 분무시킨다는 점에서 이는 매우 바람직하다. 이로써, 준등온압축이 얻어져서 압축작업이 현저하게 감소된다. 상기 연소장치가 압축실과 연소실을 구비한 경우에, 연료를 위한 폭발분무장치는 연소실에 연결될 수 있고, 증발냉각용도의 증발작용제를 위한 폭발분무장치는 압축실에 연결될 수 있다.This is highly desirable in that an explosive atomizer sprays a determined evaporating agent (eg water) with a relatively high evaporation energy used in the compression device. As a result, quasi-isothermal compression is obtained and the compression operation is significantly reduced. When the combustion apparatus has a compression chamber and a combustion chamber, the explosion spray device for fuel may be connected to the combustion chamber, and the explosion spray device for the evaporative agent for evaporative cooling may be connected to the compression chamber.

연소엔진의 압축행정과 연소행정동안 선택적인 준등온압축 및 어떤 경우에는 최적의 연소가 일어날 수 있다. 또한, 증발냉각의 경우에 연소엔진의 연소실과 압축실 사이에는 적어도 하나의 압력용기가 수용되는데, 이는 연소엔진의 연소가스출구와 열교환접촉하게 된다. 따라서, 냉각압축된 공기에는 연도가스의 열로부터 열을 회복시킬 수 있다. 압력용기내에 있는 시간이 너무 짧으면, 다수의 압력용기가 나란히 사용될 수 있거나, 비교적 큰 압력용기가 다수의 연소실과 조합될 수 있다.Compression strokes of combustion engines and selective quasi-isothermal compression during combustion strokes and in some cases optimum combustion can occur. In addition, in the case of evaporative cooling, at least one pressure vessel is accommodated between the combustion chamber and the compression chamber of the combustion engine, which is in heat exchange contact with the combustion gas outlet of the combustion engine. Therefore, the heat compressed by the compressed air can be recovered from the heat of the flue gas. If the time in the pressure vessel is too short, multiple pressure vessels can be used side by side, or a relatively large pressure vessel can be combined with multiple combustion chambers.

본 발명에 따른 연소장치와 동력발생시스템의 전술된 특징과 다른 특징은, 본 발명을 한정하지 않고 예로서 주어진 다수의 실시예를 참조로 하여 아래에 더욱 상세히 설명된다.The above and other features of the combustion apparatus and power generating system according to the invention are described in more detail below with reference to a number of embodiments given by way of example and not by way of limitation.

도 1은 본 발명에 따른 연소장치에 사용된 것과 같은 폭발와류 분무기(1)를 도시하는 바, 이 폭발와류 분무기(1)는 연료(3:또는 선택적으로 증발작용제)가 접선개구부(4)를 매개로 와류실(5)로 공급되는 라인(2)을 구비한다. 이 액체는 와류실(5)에서 와류운동(6)을 얻게 되고, 출구개구부(또는 통로)를 매개로 분무기(1)를 떠나게 된다. 소용돌이치는 연료는 원추형상으로 존재한다. 여기서, 연료층의 두께는 감소하고, 미세화의 결과로 아주 작은 방울로 분쇄된다. 존재하는 액체가 갑작스런 압력감소를 거쳐 순간증발 또는 가스응결을 나타낼 때, 상기 연료층의 두께는 와류실(5)의 출구개구부(7)의 직경보다 작고, 그 후에 상기 원추형상부와 입자들은 아주 작은 방울로 미세하게 되어 소위 폭발분무됨을 명확히 알 수 있다. 원추형상층의 두께와 형성된 방울의 크기는 폭발분무의 정도를 따르게 되고, 원추형상층에서의 가스형성의 정도를 따르게 된다. 중요한 물리적인 조건으로는, 연료의 압력 및 온도와, 소용돌이치고 분무된 연료가 전달되는 공간에서의 우세한 압력과 온도이다. 따라서, 이들 조건의 선택은 형성되고 분무된 연료입자들의 수와 크기에 연향을 끼칠 수 있다.1 shows an explosion vortex sprayer 1 as used in the combustion apparatus according to the invention, in which the explosion vortex sprayer 1 has a fuel opening (or optionally an evaporating agent) tangential opening 4. A line 2 is supplied to the vortex chamber 5 as a medium. This liquid obtains the vortex movement 6 in the vortex chamber 5 and leaves the nebulizer 1 via the outlet opening (or passage). The swirling fuel is in the shape of a cone. Here, the thickness of the fuel layer is reduced and crushed into very small droplets as a result of miniaturization. When the existing liquid exhibits flash evaporation or gas condensation through sudden pressure drop, the thickness of the fuel layer is smaller than the diameter of the outlet opening 7 of the vortex chamber 5, after which the cone and the particles are very small. It can be clearly seen that the droplets become fine and so-called explosion sprays. The thickness of the conical layer and the size of the droplets formed depend on the degree of explosion spraying and the degree of gas formation in the conical layer. Important physical conditions are the pressure and temperature of the fuel and the prevailing pressure and temperature in the space in which the swirled and atomized fuel is delivered. Thus, the choice of these conditions can affect the number and size of fuel particles formed and atomized.

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진(8)을 도시하는데, 이는 본 발명에 따른 6개의 연소장치 또는 실린더(9)를 구비한다. 디젤유는 펌프(10)와 라인(11)에 의해, 도 1에 도시된 바와 같은 적당한 수로 선택된 폭발분무기로 이루어질 수 있는 폭발분무장치(12)에 공급된다. 이 디젤유는 폭발분무에 알맞은 온도와 압력을 갖고 있다. 공기는 라인(13)을 거쳐, 축(15)을 매개로 가스터빈(16)에 의해 구동되는 압축기(14)로 공급된다.2 shows a diesel engine 8 according to the invention, which has six combustion devices or cylinders 9 according to the invention. The diesel oil is supplied by the pump 10 and the line 11 to the explosion spray device 12, which may consist of an appropriate number of explosion sprayers selected as shown in FIG. This diesel has the right temperature and pressure for explosion spraying. Air is supplied via line 13 to compressor 14 driven by gas turbine 16 via shaft 15.

라인(17)을 거쳐 가스터빈(16)으로 공급되면서 라인(18)을 거쳐 굴뚝(19)으로 공급되는, 실린더(9)로부터의 연도가스가 가스터빈(16)에 추가된다.Flue gas from the cylinder 9 is added to the gas turbine 16, which is fed to the gas turbine 16 via line 17 and to the chimney 19 via line 18.

압축기(14)에서 압축된 공기는 라인(20)을 매개로 각 실린더(9)의 연소실(21)로 공급된다.The compressed air in the compressor 14 is supplied to the combustion chamber 21 of each cylinder 9 via the line 20.

도 3은 도 2와 상응한 디젤엔진(22)을 도시하는 바, 상응한 부재들은 동일한 참조번호로 표시된다. 하지만, 제 1차이점은 압축기(14)에서 압축된 공기가 라인(20)을 매개로 연소실(21)에 공급되지 않으나 폭발분무장치(12)로 공급된다. 이는 연료와 공기의 최적의 혼합을 생성한다. 상기 공기가 여전히 증발작용제 입자들(물 입자들)을 함유하고 있으면, 준등온압축이 여전히 한결같이 실린더(9)에서이루어질 수 있다.FIG. 3 shows a diesel engine 22 corresponding to that of FIG. 2, wherein corresponding parts are designated with the same reference numerals. However, the first difference is that the air compressed in the compressor 14 is not supplied to the combustion chamber 21 through the line 20 but is supplied to the explosion spray device 12. This produces an optimal mix of fuel and air. If the air still contains evaporating agent particles (water particles), quasi-isothermal compression can still be achieved in the cylinder 9 consistently.

둘째로, 폭발분무장치(23)는 라인(13)에 수용되어 있다. 여기서, 폭발분무를 통해 물은 공기로 공급되고, 이로써 준등온증발이 압축기(14)에서 일어난다. 필요한 물은 라인(24)을 매개로 열교환기(25)에 공급되고, 가스터비(16)을 나오는 연도가스와 열교환접촉하게 된다. 가열된 물은 펌프(26)를 거쳐 일정압력하에 폭발분무장치(23)에 공급된다.Secondly, the explosion spray device 23 is housed in the line 13. Here, water is supplied to the air through the explosion spray, whereby quasi-isothermal evaporation takes place in the compressor (14). The required water is supplied to the heat exchanger 25 via the line 24 and is in heat exchange contact with the flue gas exiting the gas ratio 16. The heated water is supplied to the explosion spraying device 23 under a constant pressure via the pump 26.

도 2와 도 3에 도시된 디젤엔진(8,22)은 저속의 선박용 디젤엔진으로 사용될 수 있다.The diesel engines 8 and 22 shown in Figs. 2 and 3 can be used as marine diesel engines of low speed.

도 4는 본 발명에 따른 연소엔진(27)을 도시하는데, 이는 압축실(28)과 연소실(29)을 구비하고, 이 압축실(28)은 입구밸브(31)를 갖춘 공기입구(30)를 구비하며, 추가로 라인(33)을 매개로 냉각제(예컨대 물)를 공급하는 폭발분무장치(32)를 구비한다. 따라서, 준등온압축은 증발냉각에 의해 성취될 수 있다. 밸브(34)를 구비한 출구(35)에 의해, 압축실(28)은 열교환기(37)를 구비한 압력용기(36)에 연결된다. 이 압력용기(36)는 라인(38) 및 밸브(39)를 매개로 연소실(29)에 연결되는데, 이는 추가로 라인(41)을 거쳐 공급된 연료를 위한 폭발분무장치(40)와 점화장치(42)를 구비한다. 밸브(43)와 출구(44)에 의해, 배출가스는 열교환기(45,37,46)를 거쳐 방출된다.4 shows a combustion engine 27 according to the invention, which comprises a compression chamber 28 and a combustion chamber 29, which compression chamber 28 has an air inlet 30 with an inlet valve 31. And an explosion spray device (32) for supplying a coolant (for example, water) via the line (33). Thus, quasi-isothermal compression can be achieved by evaporative cooling. By means of an outlet 35 with a valve 34, the compression chamber 28 is connected to a pressure vessel 36 with a heat exchanger 37. The pressure vessel 36 is connected to the combustion chamber 29 via a line 38 and a valve 39, which in addition is an explosion spray device 40 and an ignition device for the fuel supplied via the line 41. (42) is provided. By the valve 43 and the outlet 44, the exhaust gas is discharged via the heat exchangers 45, 37, 46.

연소엔진(27)의 작동은 다음과 같다. 1bar이고 27℃인 온도에서, 물은 압축실(28)에 있는 폭발분무장치(32)를 매개로 분무되는데, 준등온압축은 44bar와 220℃로 일어난다. 밸브(34,39)는 개방되고, 압력용기(36)와 연소실(29)은 피스톤(47)의 행정의 후반부동안에 채워진다. 그 후에 밸브(34,39)는 폐쇄된다. 상기 압력용기(36)내에 있는 공기는 열교환기(37)를 통과하는 배출가스에 대해 가열된다. 압력용기(36)에서 공기는 300℃의 온도로 가열되고, 최종적으로 밸브(39)를 매개로 하여 연소실(29)로 분출된다.The operation of the combustion engine 27 is as follows. At a temperature of 1 bar and 27 ° C., water is sprayed through the explosion spray device 32 in the compression chamber 28, with quasi-isothermal compression taking place at 44 bar and 220 ° C. The valves 34 and 39 are opened and the pressure vessel 36 and the combustion chamber 29 are filled during the second half of the stroke of the piston 47. The valves 34 and 39 are then closed. The air in the pressure vessel 36 is heated to the exhaust gas passing through the heat exchanger 37. In the pressure vessel 36, the air is heated to a temperature of 300 ° C. and finally blown into the combustion chamber 29 via the valve 39.

동시에 연료는 폭발분무장치(40)를 매개로 하여 분사되고, 그 후에 점화 및 팽창이 연소실(29)에서 일어난다. 피스톤(48)의 복귀행정동안, 배출가스는 밸브(43)를 매개로 방출되고, 연료와 압축된 공기 및 분사를 위한 물과의 열교환을 위해 이용된다.At the same time fuel is injected via the explosion spray device 40, after which ignition and expansion occur in the combustion chamber 29. During the return stroke of the piston 48, the exhaust gas is discharged via the valve 43 and used for heat exchange between fuel and compressed air and water for injection.

연소엔진(29)에서, 마찬가지로 연료가 폭발분무장치(40)를 매개로 분사되고, 냉각제는 폭발분무장치(32)를 매개로 분사됨을 알 수 있다.In the combustion engine 29, it can be seen that the fuel is likewise injected through the explosion spray device 40, and the coolant is injected through the explosion spray device 32.

연소엔진(27)의 이용으로 최소의 압축작업이 이행되는 한편, 저온열의 회복이 공기나 물 또는 연료의 예가열을 위해 실현될 수 있게 된다.The use of the combustion engine 27 allows minimal compression to be carried out, while the recovery of low temperature heat can be realized for preheating of air, water or fuel.

압력용기내에 있는 시간이 압축된 공기의 최적의 가열을 위해 불충분한 경우에, 압력용기는 압축실(28)과 연소실(29) 사이에 나란히 연결된 다수의 압력용기의 형태로 구현되는 것이 바람직하다.If the time in the pressure vessel is insufficient for optimal heating of the compressed air, the pressure vessel is preferably implemented in the form of a number of pressure vessels connected side by side between the compression chamber 28 and the combustion chamber 29.

준등온압축이 물과 연료(예컨대 물과 메탄올)의 혼합물을 분사함으로써 이행된다면, 증발냉각은 연료의 열분해로 생성된 열의 추출에 의해 추가될 수 있다. 연료의 이러한 열분해반응을 이행하기 위해서, 열분해용 촉매(예컨대 메탄올에 대해서는 CuO, 가솔린에 대해서는 제올라이트(zeolite))가 압력용기에 병합될 필요가 있다. 대개 1초 정도의 적당한 반응시간과, 250-300℃의 메탄올을 그리고 475-675℃의 가솔린을 위한 충분히 높은 열분해온도가 중요하다.If quasi-isothermal compression is implemented by injecting a mixture of water and fuel (eg water and methanol), evaporative cooling can be added by extraction of the heat produced by the pyrolysis of the fuel. In order to carry out this pyrolysis of the fuel, a pyrolysis catalyst (e.g. CuO for methanol and zeolite for gasoline) needs to be incorporated into the pressure vessel. A moderate reaction time, usually around 1 second, and a sufficiently high pyrolysis temperature for methanol at 250-300 ° C. and gasoline at 475-675 ° C. are important.

압력용기를 이용하는 연소실 또는 팽창실과 압축실 사이에 분리부를 배치시킴으로써, 에너지효율의 최적화가 축적된 에너지의 이용에 의한 가변적인 동력필요조건에서 실현될 수 있다. 압축된 공기저장소를 갖춘 하이브리드(hybrid) 모터가 선택적으로 사용될 수 있다.By arranging the separation between the combustion chamber or expansion chamber and the compression chamber using a pressure vessel, optimization of energy efficiency can be realized in variable power requirements by the use of accumulated energy. Hybrid motors with a compressed air reservoir may optionally be used.

도 5는 본 발명에 따른 연소장치(49)를 도시하고 있다.5 shows a combustion device 49 according to the invention.

회전하는 압축기(50)를 매개로 하여 공기가 입구(51)를 거쳐 공급되는 한편, 물과 연료의 혼합물은 폭발분무장치(52)에 의해 분무된다. 각각 라인(54)을 매개로 하여, 공기와 연료의 압축된 혼합물을 수용하는 연소실(53)은 압력용기(58)에 연결되는 한편, 추가연료가 입구(55)를 거쳐 공급된다. 상기 혼합물은 점화장치(57)를 이용하여 점화된다. 배출가스는 출구(57)를 매개로 연소실(53)을 나오게 된다. 열교환기(59)를 이용하여, 압력용기(58)내에 있는 공기와 연료의 혼합물과 열교환이 일어난다. 큰 압력용기(58)와 다수의 연소실을 이용함으로써, 배출가스를 이용하여 압력용기내에 있는 혼합물을 가열하는 데에 현저히 많은 시간이 소요된다.Air is supplied via the inlet 51 via the rotating compressor 50, while a mixture of water and fuel is sprayed by the explosion spray device 52. Each via line 54, a combustion chamber 53 containing a compressed mixture of air and fuel is connected to a pressure vessel 58, while additional fuel is supplied via an inlet 55. The mixture is ignited using an ignition device 57. The exhaust gas exits the combustion chamber 53 through the outlet 57. Using the heat exchanger 59, heat exchange occurs with the mixture of air and fuel in the pressure vessel 58. By using a large pressure vessel 58 and a plurality of combustion chambers, it takes a great deal of time to heat the mixture in the pressure vessel using the exhaust gas.

도 6은 공기입구(63)와 연도가스출구(65)에 덧붙여 피스톤(62)을 갖춘 실린더(61)를 구비한 연소엔진(60)을 도시하는 바, 상기 실린더(61)는 추가로 이 실린더(61)의 헤드에서 플라즈마를 발생시키는 파워 일렉트로닉스(power electronics :68)에 연결되는 플라즈마 전극(66)을 구비하고 있다. 압축동안 연료와 물의 혼합물은 준등온압축을 위해, 상세히 도시되지 않은 폭발분무장치(69)를 매개로 공급된다. 플라즈마 아크가 계속해서 발생되어 압축된 공기를 가열하고 연료 혼합물을 점화시키며, 피스톤(62)의 팽창행정 후에 연도가스가 출구(65)를 매개로 방출되어 터빈(70)을 구동시키는 한편, 부분적으로 파워 일렉트로닉스에 의해 이용된 동력을 발생시킨다.FIG. 6 shows a combustion engine 60 having a cylinder 61 with a piston 62 in addition to an air inlet 63 and a flue gas outlet 65, which cylinder 61 further comprises this cylinder. A plasma electrode 66 is connected to a power electronics 68 that generates plasma at the head 61. During compression, the mixture of fuel and water is supplied via an explosion spray device 69, not shown in detail, for quasi-isothermal compression. Plasma arcs are continuously generated to heat the compressed air and ignite the fuel mixture, and after the expansion stroke of the piston 62 flue gas is discharged through the outlet 65 to drive the turbine 70, while partially Generates the power used by power electronics.

도 7은 동력을 발생시키는 시스템(60)을 도시하는데, 이 시스템(60)은 차례로 발전기(64)를 구동시키는 가스터빈(63)에 의해 축(62)을 매개로 구동되는 압축기(61)를 구비한다.FIG. 7 shows a system 60 for generating power, which in turn has a compressor 61 driven via a shaft 62 by a gas turbine 63, which in turn drives a generator 64. Equipped.

공기는 라인(65)을 매개로 압축기(61)에 공급되고, 물은 펌프(67)를 구비한 라인(68)을 매개로 폭발분무장치(66)에 공급된다. 압축기(61)에서 압축된 공기는 본 발명에 따른 연소장치(69)에 공급되는데, 이 연소장치(69)에 공급되기 전에 라인(70)을 거쳐 예가열된 연료는 펌프(116)와 열교환기(117) 및 펌프(118)를 매개로 하여 일정압력으로 공급되며, 폭발분무장치(71)로 분무된다. 연료는 펌프(116)에 의해 가압되고, 열교환기(117)에서 라인(73)으로부터의 연도가스에 대한 열교환에 의해 예가열되어, 임계온도나 그 이상으로 되거나, 연료의 끓음범위인 경우에 연료성분의 임계온도의 범위내에 있게 된다. 라인(72)을 거쳐 연도가스는 터빈(63)에 공급되고, 팽창후에 라인(73)을 매개로 방출된다.Air is supplied to the compressor 61 via the line 65 and water is supplied to the explosion spray device 66 via the line 68 having the pump 67. The air compressed in the compressor 61 is supplied to the combustion device 69 according to the present invention, wherein the fuel preheated via the line 70 before being supplied to the combustion device 69 is pump 116 and a heat exchanger. 117 and the pump 118 are supplied at a constant pressure, and sprayed by the explosion spray device 71. The fuel is pressurized by the pump 116 and preheated by heat exchange with respect to the flue gas from the line 73 in the heat exchanger 117 to reach the critical temperature or above, or the fuel in the boiling range of the fuel. It is within the range of the critical temperature of the component. Flue gas via line 72 is supplied to turbine 63, and after expansion is released via line 73.

도 8은 소위 TOPHAT원리를 따르는 본 발명에 따라 동력을 발생시키는 다른 시스템(74)을 도시한다. 폭발장치(75)에서, 공기(76)는 폭발분무에 의해 공급되는 물(77)과 함께 물방울로 제공된다. 공기는 발전기(81)를 구동시키는 가스터빈(80)에 축(79)을 매개로 연결된 압축기(78)에 공급된다. 물방울의 증발냉각은 압축기(78)에서 일어난다. 냉각압축된 공기는 라인(82)을 매개로 열교환기(83)를통과하고 연소장치(84)에 공급된다. 연료는 열교환기(121)에서 펌프(120)에 의해 예압력에서 예가열되고 펌프(122)에 의해 일정압력하에 놓이게 되며, 팽창후에 라인(85)을 매개로 공급된 폭발분무장치(93)에서 연소장치(84)로 분무된다. 첨가된 연료는 일정압력과 온도로 있게 되어, 연소장치(84)의 연소실로 들어갈 때 연료의 순간증발이 일어나는데, 연료의 아주 미세한 분무가 형성된다. 가스터빈(80)으로부터의 연도가스는 압축기(78)로부터의 냉각압축된 공기와 열교환접촉하기 위해 라인(86)을 매개로 열교환기(83)를 통과한다. 라인(87)을 거쳐 상기 연도가스는 굴뚝(92)으로의 도중에 있는 열교환기(88)와 응축기(89)를 통과하게 된다. 응축기(89)에서, 물은 연도가스로부터 응축되어 펌프(90)를 매개로 일정압력하에 열교환기(88)를 통해 안내되고, 그 후에 물(77)은 일정압력과 온도로 폭발분무장치(75)에 도달하게 된다. 응축기(89)로부터 응축된 물에는 선택적으로 라인(91)을 매개로 물이 계속 공급될 수 있다.8 shows another system 74 for generating power in accordance with the present invention following the so-called TOPHAT principle. In the explosive device 75, the air 76 is provided in water droplets together with the water 77 supplied by the explosion spray. Air is supplied to a compressor 78 connected via a shaft 79 to a gas turbine 80 that drives the generator 81. Evaporative cooling of the droplets takes place in the compressor 78. The cold compressed air passes through the heat exchanger 83 via the line 82 and is supplied to the combustion device 84. The fuel is preheated at pre-pressure by the pump 120 in the heat exchanger 121 and placed under constant pressure by the pump 122, and in the explosion spraying device 93 supplied via the line 85 after expansion. Sprayed into the combustion device (84). The added fuel is at a constant pressure and temperature, so that a flash of fuel occurs when entering the combustion chamber of the combustion device 84, where a very fine spray of fuel is formed. Flue gas from gas turbine 80 passes through heat exchanger 83 via line 86 to make heat exchange contact with cold compressed air from compressor 78. Via line 87 the flue gas passes through heat exchanger 88 and condenser 89 on the way to chimney 92. In the condenser 89, water is condensed from the flue gas and guided through the heat exchanger 88 under constant pressure via the pump 90, after which the water 77 is exploded at a constant pressure and temperature. ) Is reached. Water condensed from the condenser 89 may optionally be continuously supplied with water via the line 91.

마지막으로, 도 9는 TOPHACE원리에 따라 동력을 발생시키는 본 발명에 따른 시스템(94)을 도시한다.Finally, FIG. 9 shows a system 94 according to the invention for generating power in accordance with the TOPHACE principle.

펌프(95)를 거쳐 물(140-250℃, 150bar)은 폭발분무장치(96)에 공급되는데, 마찬가지로 공기(15℃)가 라인(97)을 매개로 공급된다. 폭발분무장치(96)로부터 공기는 0.8의 효율로 작동하는 압축기(98)에 도달한다. 압축된 공기(140℃)는 연소엔진(101)의 연도가스와 열교환접촉하기 위해 라인(99)을 거쳐 열교환기(100)에 공급된다. 상기 연소엔진은 4개의 실린더(102)를 구비하는데, 그 공기입구(103)는 밸브(104)를 매개로 라인(99)에 연결된다. 각 실린더(102)의 연도가스출구(105)는열교환기(100)를 통과하고, 라인(106)을 매개로 열교환기(107)를 통해 이송되며, 응축기(89)를 거쳐 굴뚝(92)으로 들어간다. 응축기(89)에서는 응축물(108)이 형성되는 바, 이 응축물은 물세정기(109)를 통과한 후에 펌프(110)에 의해 미리 가압되고 열교환기(107)를 매개로 펌프(95)에 공급되어 가압된다.Water (140-250 ° C., 150 bar) is fed to the explosion spray device (96) via a pump (95), likewise air (15 ° C.) is supplied via line (97). The air from the explosion spray device 96 reaches the compressor 98 operating at an efficiency of 0.8. Compressed air (140 ° C.) is supplied to the heat exchanger (100) via a line (99) in order to exchange heat with the flue gas of the combustion engine (101). The combustion engine has four cylinders 102, the air inlets 103 of which are connected to line 99 via a valve 104. The flue gas outlet 105 of each cylinder 102 passes through the heat exchanger 100, is transferred through the heat exchanger 107 via the line 106, and through the condenser 89 to the chimney 92. Enter In the condenser 89, a condensate 108 is formed, which is pre-pressurized by the pump 110 after passing through the water cleaner 109, and is supplied to the pump 95 via the heat exchanger 107. Supplied and pressurized.

연료는 펌프(111)와, 라인(117), 폭발분무장치(112) 및, 밸브(도시되지 않음)를 매개로 하여 각 실린더(102)에 공급된다. 이 연료는 폭발분무장치(112)로 분무되기 전에 임계온도나 그 이하로 예가열되거나, 끓음범위인 경우에 임계온도의 범위내로 예가열된다.Fuel is supplied to each cylinder 102 via a pump 111, a line 117, an explosion spray device 112, and a valve (not shown). This fuel is preheated to or below the critical temperature before being sprayed into the explosion spraying unit 112, or preheated within the range of the critical temperature in the boiling range.

회복부(100)에서, 공기는 140℃에서 377℃까지 가열되는 한편, 실린더(102)로부터의 연도가스는 465℃에서 210℃까지로 재냉각된다. 이 공기는 9bar의 압력으로 실린더(102)에 공급되고, 분무된 연료가 분사된다. 또한, 실린더(102)는 각 실린더(102)내의 혼합물을 점화시키는 점화기(119)를 포함한다. 실린더(102)에는 각각 피스톤(113)이 설치되는데, 이들 피스톤은 1:5의 기어시스템(115)을 매개로 하여 압축기(98)의 축(114)에 연결되고서 다른 쪽은 발전기(116)에 연결된 축(114)에 연결되어 있다.In the recovery part 100, the air is heated from 140 ° C. to 377 ° C., while the flue gas from the cylinder 102 is recooled from 465 ° C. to 210 ° C. This air is supplied to the cylinder 102 at a pressure of 9 bar and the atomized fuel is injected. The cylinder 102 also includes an igniter 119 that ignites the mixture in each cylinder 102. The cylinders 102 are each provided with pistons 113, which are connected to the shaft 114 of the compressor 98 via a 1: 5 gear system 115 and the other side of the generator 116. It is connected to the shaft 114 connected to.

이상적인 조건하에서, 상기 시스템(94)은 64%의 효율로 226㎾의 동력을 발생시키는 한편, 앳킨슨(Atkinson) 원리에 따른 공지된 장치는 48%의 효율로 단지 170㎾의 동력을 발생시킨다.Under ideal conditions, the system 94 generates 226 kW of power at 64% efficiency, while the known device according to Atkinson principle generates only 170 kW of power at 48% efficiency.

Claims (12)

연료입구와, 공기입구 및, 연료를 연소시키는 연소실에 연결된 연도가스출구를 구비하되,A fuel inlet, an air inlet and a flue gas outlet connected to a combustion chamber for burning fuel, 상기 연료입구는 분무된 연료에서의 가스형성으로 인해 분무된 연료가 미세화되도록 설치된 적어도 하나의 폭발분무장치에 연결된, 액체연료를 연소시키는 연소장치.And the fuel inlet is connected to at least one explosive atomizer installed so that the atomized fuel becomes fine due to gas formation in the atomized fuel. 제 1항에 있어서, 상기 폭발분무장치는 폭발와류 분무장치인 것을 특징으로 하는 연소장치.The combustion device as set forth in claim 1, wherein said explosion spraying device is an explosion swirl spraying device. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 폭발분무장치는 연료의 온도 또는 분무압력을 조절하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연소장치.3. Combustion device according to claim 1 or 2, characterized in that the explosion spray device comprises means for adjusting the temperature or spray pressure of the fuel. 제 3항에 있어서, 상기 온도조절수단은 연료의 임계온도나 그 이상 또는 이하로 연료의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연소장치.4. The combustion apparatus according to claim 3, wherein said temperature control means adjusts the temperature of the fuel at or above or below the critical temperature of the fuel. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 이 연료의 표면장력을 감소시키는 작용제를 구비하는 것을 특징으로 하는 연소장치.5. Combustion apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel comprises an agent that reduces the surface tension of the fuel. 제 5항에 있어서, 상기 표면장력을 감소시키는 작용제는 연소가능한 물질 또는 증발가능한 물질을 함유한 것을 특징으로 하는 연소장치.6. Combustion apparatus according to claim 5, wherein the agent which reduces the surface tension contains a combustible material or a vaporizable material. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 이 연료의 끓는점보다 낮은 끓는점을 가진 증발작용제와 연료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연소장치.7. Combustion apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the fuel is a mixture of a fuel and an evaporating agent having a boiling point lower than that of the fuel. 제 7항에 있어서, 상기 증발작용제는 물인 것을 특징으로 하는 연소장치.8. Combustion apparatus according to claim 7, wherein the evaporating agent is water. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폭발분무장치는 연소실과, 선택적으로 이 연소장치의 압축실에 수용되는 것을 특징으로 하는 연소장치.9. Combustion apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the explosion spray device is housed in a combustion chamber and optionally a compression chamber of the combustion apparatus. 제 9항에 있어서, 상기 연도가스출구와 열교환접촉하는 적어도 하나의 압력용기는 압축실과 연소실 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 연소장치.10. A combustion apparatus according to claim 9, wherein at least one pressure vessel in heat exchange contact with the flue gas outlet is located between the compression chamber and the combustion chamber. 제 10항에 있어서, 상기 연료를 열분해하는 촉매는 연소실에 위치되는 것을 특징으로 하는 연소장치.11. Combustion apparatus according to claim 10, wherein the catalyst for pyrolyzing the fuel is located in a combustion chamber. 적어도 하나의 가스터빈과, 이 가스터빈에 의해 구동되는 적어도 하나의 압축장치 및, 제 1항 내지 제 11항에 기술된 바와 같은 적어도 하나의 연소장치를 구비하는 동력발생시스템.12. A power generation system having at least one gas turbine, at least one compression device driven by the gas turbine, and at least one combustion device as described in claims 1-11.
KR1020017010679A 1999-02-24 2000-02-22 Combustion unit for combusting a liquid fuel and a power generating system comprising such combustion unit KR20010102321A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2800894C2 (en) * 1978-01-10 1984-01-19 Max Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen Process for converting a liquid fuel consisting of a retrograde substance into the gaseous state
US4189914A (en) * 1978-06-19 1980-02-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Supercritical fuel injection system
DE3232938C2 (en) * 1982-09-04 1984-06-28 Kohlensäurewerke C. G. Rommenhöller GmbH, 3490 Bad Driburg-Herste Method and device for dissolving gas, in particular carbon dioxide, in liquid fuel and distributing it in combustion air in a supersaturated state
SU1242250A1 (en) * 1983-01-18 1986-07-07 Университет дружбы народов им.Патриса Лумумбы Method of spraying liquid
US5170727A (en) * 1991-03-29 1992-12-15 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Supercritical fluids as diluents in combustion of liquid fuels and waste materials
NL9401209A (en) * 1994-07-22 1996-03-01 Texas Instruments Holland Fuel heater for heating pressurized liquid fuel for an injection engine.
EP0790395B1 (en) * 1996-02-14 2002-01-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha A method and a device for supplying fuel to an internal combustion engine

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