KR200398720Y1

KR200398720Y1 - 브라운가스혼합엔진

Info

Publication number: KR200398720Y1
Application number: KR20-2005-0013115U
Authority: KR
Inventors: 임용하
Original assignee: 임용하
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2005-10-17

Abstract

본 고안은 CNG, LNG, LPG 등 화석연료를 사용하는 엔진에, 수소와 산소가 2:1 비율로 결합한 브라운가스를 혼합하여 공급함으로써 고갈되어가는 화석연료를 대체하는 신,재생에너지로써의 이용효율을 높이고, 기존화석연료에 브라운가스를 1~99% 혼합하여 연소시킴으로써 브라운가스의 특성인 빠른 연소와 넓은 가연한계로 희박연소범위를 넓게 함으로써 NOx, 매연, CO, HC등 유해대기오염물질을 저감시키는 브라운가스혼합엔진에 관한 것이다.

Description

브라운가스혼합엔진{Browngas blend engine}

본 고안은 CNG, LNG, LPG 등 화석연료를 사용하는 엔진에, 브라운가스를 혼합하여 공급함으로써 고갈되어가는 화석연료를 대체하는 신,재생 에너지로써의 이용효율을 높이고, NOx, 매연, CO, HC등 유해대기오염물질을 저감시키는 브라운가스혼합엔진에 관한 것이다.

종래의 화석연료를 사용하는 엔진은 가솔린과 디젤엔진의 경우 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 매연 등의 유해대기오염물질을 상당히 배출 시켰으며, CNG, LNG, LPG 엔진은 가솔린과 디젤엔진 보다 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 매연, CO, HC의 생성이 적으며 비교적 열효율이 높고 낮은 CO2 배출로 지구온난화 방지대책으로 사용 확대가 되고 있다.

그러나, 기존의 화석연료를 사용하는 엔진은 Stoichiometric 연소방식으로 연소를 시키기 때문에, 도쿄의정서 환경 규제치(2008.1월부터 NOx 50ppm 이하)에는 현재의 사용연료와 엔진방식 으로는 만족시키기가 어려운 단점이 있다.

Stoichiometric 엔진은 연료와 공기의비가 1에 근접할 경우에 높은 수준의 NOx, CO, HC가 배출된다. 희박연소엔진의 경우 연료와 공기의 혼합비를 낮추면 NOx 배출을 감소시킬 수 있으나, 기존의 화석연료는 좁은 가연한계와 점화성능이 나쁘고, 느린 연소특성으로 인하여 희박연소 영역에서는 사이클 변동이 커지고 불완전 연소로 인하여 HC 배출이 증가한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은 기존 화석연료 엔진에 수소와 산소가 2: 1 비율로 결합하여 수소와 같은 폭발성의 위험성이 없는 안전한 브라운가스를 1~99% 혼합하여 공급 함으로써, 점차 고갈 되어가는 화석연료의 대체 에너지인 신,재생에너지 로서의 이용효율을 높이고 또한, 화석연료는 좁은 가연한계 와 점화성능이 나쁘고, 느린 연소특성을 브라운가스의 특성인 빠른 연소와 넓은 가연한계로 희박연소범위를 넓게 함으로써 NOx, 매연, CO, HC등 유해대기오염 물질을 저감 시키는 브라운가스혼합엔진을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 브라운가스 공급 장치(1)와 화석연료 공급 장치(2), 공급받은 연료를 일정한 압력이 조절될 수 있도록 하는 Regulator(3A, 3B), 공급받은 연료의 유량을 조절하는 Flow meter(4A, 4B), 공급받은 연료 압력을 조절하는 Accumulator(5), 최종 Regulator (6), 전자제어방식 연료를 공급하는 Injector(7), 공기유량을 조절하는 공기유량계(8), 공급된 공기를 조절하는 Air Control Valve(9), 공급된 연료와 공기를 조절하는 Throttle Controller(10), 실린더(11), 점화플러그(12), 공연비센서(13) 로 구성된 것으로, 각각의 구성을 자세히 설명하면 다음과 같다.

브라운가스 공급 장치(1)와 화석연료 공급 장치(2)에서 공급받은 각각의 연료는 Regulator(3A, 3B)를 거쳐 적당한 압력으로 감압 되어, 연료의 조성 비율에 따라 Flow meter(4A, 4B) 를 지나, Accumulator(5)에서 적절한 압력을 혼합 저장 된다.

Accumulator(5)에서 적절한 압력을 혼합 저장된 브라운가스혼합연료는 최종 Regulator (6)를 거쳐 Injector(7)에서 전자제어 되어 희박연소 공연비율로 분사 된다.

공기유량계(8)를 거쳐 유입된 공기는 Air Control Valve(9)에서 조절되며, 공급된 브라운가스혼합연료와 공기는 Throttle Controller(10)에서 최종 적으로 조절되어 실린더에 분출 된다.

실린더(11) 연소실내에 유입된 브라운가스혼합연료는 수소의 170cm/s 의 빠른 화염속도와 4~75% 의 넓은 가연한계로 인하여, 화석연료의 느린 연소특성과 좁은 가연한계를 보완하여 도2와 같이 희박연소를 가능케 하여 연료효율을 높이고 NOx, 매연, CO, HC등 유해대기오염물질을 저감 시킨다.

엔진의 방식은 크게 3단계로 나누는데, 제1세대 방식인 카브레터 방식, 제2세대 방식인 SPI(Single Point Injector)방식, 제3세대 방식인 MPI(Multi Point Injector)방식으로 구분 되어 진다.

따라서 브라운가스혼합연료는 연료 분사 방법에 따라 제1세대, 제2세대, 제3세대 방식 엔진에 모두 사용될 수 있으며, 가스 실린더에 미리 적정비율로 혼합된 실린더(일명 Brownthane)상태로 공급될 수도 있으며, 화석연료를 사용하는 가스터빈 등에도 사용될 수 있다.

다음은 LNG와 브라운가스의 혼합비율별 이론공기량 및 연소가스량을 연소방정식에 의하여 계산한 표1 이다.

상기와 같이 브라운가스를 혼합하여 사용함으로써 이론공기량이 현저하게 감소되어 유해대기오염물질 또한 상당량 감소된다.

이하 본 고안에 의한 브라운가스혼합엔진을 사용함으로써 멀지 않아 고갈되어가는 화석연료를 대체하는 신,재생에너지로 자원화를 극대화 하고, 도쿄의정서와 같이 지구의환경과 온난화 대책으로 엄격해지는 환경규제에 부응하여 대기환경 개선에 엄청난 효과를 기여할 수 있을 뿐 아니라,

브라운가스혼합엔진을 자동차엔진, 소형열병합엔진, 가스터빈 등 화석연료를 사용하는 각종엔진에 적용함으로써 나라를 부강 시키며, 세계의 환경보호에 앞장서는 경제 환경대국으로 발전할 수 있는 고안이며,

좋은 대기환경을 조성하여 줌으로써 인간의 건강과 유해가스로 인한 질병예방과 수명연장에도 기여할 수 있는 세계의복지에 기여할 수 있는 아주 유용한 고안이다.

도 1은 본 고안에 의한 희박연소기관의 공연비 제어 영향 상태도.

도 2는 본 고안에 의한 브라운가스혼합엔진 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *

1 : 브라운가스공급장치 2 : 화석연료공급장치

3A : Regulator 3B: Regulator

4A : Flow meter 4B: Flow meter

5 : Accumulator 6 : 최종 Regulator

7 : Injector 8 : 공기유량계

9 : ACV(Air Control Valve) 10 : Throttle controller

11 : 엔진실린더점화플러그 12 : 점화플러그

13 : 공연비센서

Claims

화석연료를 사용하는 화석연료엔진과 가스터빈에 빠른 연소 특성과 넓은 가연 한계를 가진 브라운 가스를 Regulator(3A)와, Flow meter(4A), Accumulator(5), 최종 Regulator(6)를 통과하게 하여, 화석연료와 브라운 가스를 혼합 공급하는 장치.
제1항에 있어서,

브라운 가스 1~99%와 나머지는 화석연료를 혼합하여 조성된 혼합가스.
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