KR20090028781A

KR20090028781A - Closed cycle engine

Info

Publication number: KR20090028781A
Application number: KR1020097001430A
Authority: KR
Inventors: 존 배링턴 피어슨
Original assignee: 배 시스템즈 피엘시
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-03-19
Also published as: ES2348280T3; WO2008001050A1; JP2009541662A; CA2655866C; EP2032821A1; ATE477409T1; AU2007263635B2; CA2655866A1; DE602007008416D1; KR101380796B1; AU2007263635A1; EP2032821B1; WO2008001050B1

Abstract

A closed cycle engine system comprises an engine unit operable to combust fuel with combustion supporting gas, and a gas circuit providing fluid communication between the intake and the exhaust of the engine unit. In operation, the engine unit produces exhaust gases. The gas circuit is provided with an absorber to at least partially absorb the exhaust gases and a flow resistance. The flow resistance is located between the absorber and the intake, and is arranged such that the pressure at the intake is less than the pressure at the exhaust. Such an arrangement improves the efficiency of the absorber, and thus the overall efficiency of the engine. A method of operating such an engine system, and vehicles comprising such an engine system, are also disclosed.

Description

Hermetic Cycle Engines {CLOSED CYCLE ENGINE}

본 발명은 밀폐 사이클 엔진 시스템에 관한 것이다. 밀폐 사이클 엔진 시스템은 대기와는 독립적으로 작동될 수 있어서, 대기를 자유롭게 이용할 수 없는 곳에서 특히 유용하다.The present invention relates to a closed cycle engine system. Closed cycle engine systems can be operated independently of the atmosphere, which is particularly useful where the atmosphere is not freely available.

밀폐 사이클 엔진에 관하여는, 예컨대 유럽 특허 공보 제0118284호로부터 알려져 있다. 전술한 밀폐 사이클 엔진은 서킷을 포함하며, 그 서킷을 통하여 연소실로부터 나온 배기 가스의 적어도 일부가 덕트로 보내져, 그 배기 가스의 일부를 다시 연소실로 보낸다. 불활성 운반 가스와 혼합된 산소가 연소실로 공급되고, 그 산소에 의해 연료가 연소되면, 여러 연소 물질 중 이산화탄소를 발생시킨다. 전술한 서킷은, 배기 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위해 배기 가스가 물로 처리되는 흡수기를 포함한다.Regarding a closed cycle engine, for example, it is known from European Patent Publication No. 0118284. The hermetic cycle engine described above includes a circuit, through which at least a portion of the exhaust gas from the combustion chamber is sent to the duct, and a portion of the exhaust gas is sent back to the combustion chamber. Oxygen mixed with an inert carrier gas is supplied to the combustion chamber, and when the fuel is burned by the oxygen, carbon dioxide is generated among various combustion materials. The circuit described above includes an absorber in which the exhaust gas is treated with water to remove carbon dioxide from the exhaust gas.

배기 가스로부터 이산화탄소를 흡수하기 위해서는, 많은 양의 에너지가 필요하고, 이것은 엔진에 대한 상당한 기생 전력 손실을 발생시킨다. 엔진의 총 효율을 높이기 위해서는, 전술한 기생 전력 손실을 줄이는 것은 필수적이다. 이산화탄소의 부분 압력이 높아짐에 따라 흡수 효율이 증대되기 때문에, 종래에는 흡수기에서의 이산화탄소의 부분압력을 높이는 문제를 중요한 것으로 인지하고 있다. 따라 서, 배기 가스가 흡수기에 이르기 전에 배기 가스를 압축하여, 흡수기로부터 나온 출력 가스를 팽창시키는 것이, 유럽 특허 공보 제118284호에서 제시되었다. 엔진의 조작 제한부 내부의 압력에 대한 엔진의 흡기 매니폴드에서의 압력을 줄이기 위해, 전술한 출력 가스 팽창이 필요하다. 그러나, 유럽 특허 공보 제118284호에 공개된 배기 가스의 압축은 압축기를 구동하기 위해 기생 에너지 손실을 더 필요로 한다. 이러한 배기 가스의 압축이 없으면, 최대 흡수 압력은 엔진이 수용할 수 있는 흡기 매니폴드에서의 최대 압력에 의해 제약을 받는다. 이러한 제약은, 에너지 손실을 최소화하도록 구성된 시스템에서 흡수 압력에 가까운 흡기 매니폴드에서의 압력에 의해 엔진 피크 실린더 압력이 직접 영향을 받기 때문에 발생한다. 전술한 엔진 피크 실린더 압력은 엔진의 유효 수명에 직접적으로 영향을 주는데, 즉 피크 실린더 압력이 높으면, 엔진의 유효 수명은 더 짧아진게 된다.In order to absorb carbon dioxide from the exhaust gas, a large amount of energy is required, which causes a significant parasitic power loss for the engine. In order to increase the total efficiency of the engine, it is essential to reduce the parasitic power loss described above. Since the absorption efficiency increases as the partial pressure of carbon dioxide increases, it is conventionally recognized that the problem of increasing the partial pressure of carbon dioxide in the absorber is important. Therefore, it is proposed in European Patent Publication No. 118284 to compress the exhaust gas before it reaches the absorber, thereby expanding the output gas from the absorber. In order to reduce the pressure in the intake manifold of the engine to the pressure inside the engine's operating restriction, the above-described output gas expansion is necessary. However, the compression of the exhaust gases disclosed in European Patent Publication 111884 requires more parasitic energy losses to drive the compressor. Without this exhaust gas compression, the maximum absorption pressure is limited by the maximum pressure at the intake manifold that the engine can accommodate. This constraint occurs because the engine peak cylinder pressure is directly affected by the pressure in the intake manifold close to the absorption pressure in a system configured to minimize energy loss. The aforementioned engine peak cylinder pressure directly affects the useful life of the engine, i.e., the higher the peak cylinder pressure, the shorter the useful life of the engine.

따라서, 기생 전력 손실이 적은 고효율의 밀폐 사이클 엔진 시스템이 필요하다. 이에 따라, 본 발명의 목적은, 전술한 필요성을 적어도 일부 충족시키고, 종래의 밀폐 사이클 엔진 시스템이 갖는 전술한 문제점을 적어도 일부 해결하는 밀폐 사이클 엔진 시스템을 제공하는데 있다.Thus, there is a need for a high efficiency closed cycle engine system with low parasitic power losses. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a closed cycle engine system that satisfies at least some of the aforementioned needs and at least partially solves the above mentioned problems with conventional closed cycle engine systems.

넓게는, 본 발명은, 엔진 조작시에 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드 사이에 압력차가 일어나도록 하고, 엔진의 배기 매니폴드 측에서의 더 큰 압력을 이용하여, 배기 가스의 흡수 효율을 높이는 밀폐 사이클 엔진 시스템을 구성한다는 개념이다. 배기 매니폴드에서 흡기 매니폴드로 연결하는 가스 서킷에 유동 저항 요소를 결합함으로써, 전술한 압력차를 발생시켜, 이산화탄소 흡수 효율을 높이고, 기생 전력 손실을 줄이게 된다. 이렇듯, 엔진 시스템 내부의 에너지 손실을 증가시킬 것으로 예상되는 저항이 가스 서킷 유동에 도입되었지만, 엔진 시스템의 총 효율은 개선된다. 또한, 압축기를 사용하지 않고도 효율상 이점을 얻을 수 있다.Broadly speaking, the present invention provides a closed cycle engine system in which a pressure difference occurs between an intake manifold and an exhaust manifold during engine operation, and by using a larger pressure on the exhaust manifold side of the engine, the absorption efficiency of the exhaust gas is increased. The concept is to construct. By coupling the flow resistance element to the gas circuit from the exhaust manifold to the intake manifold, the above-mentioned pressure difference is generated, thereby increasing carbon dioxide absorption efficiency and reducing parasitic power loss. As such, resistance expected to increase energy loss inside the engine system has been introduced into the gas circuit flow, but the overall efficiency of the engine system is improved. In addition, efficiency benefits can be obtained without using a compressor.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 밀폐 사이클 엔진 시스템은, 연소 지지 가스를 포함한 연료를 연소시켜, 배기 가스를 발생시키고, 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 포함하는 엔진, 및 배기 가스를 적어도 일부 흡수하기 위한 흡수기와 유동 저항 요소를 포함하는 가스 서킷을 포함하고, 전술한 유동 저항 요소는 흡수기와 흡기 매니폴드 사이에 위치되어, 흡기 매니폴드에서의 압력이 배기 매니폴드에서의 압력보다 낮아지도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 흡수기와 흡기 매니폴드 사이에 유동 저항 요소를 위치시킴으로써, 흡수기가 저압의 흡기 압력보다 고압의 배기 압력으로 유지시킬 수 있게 한다. 놀랍게도, 가스 서킷에 유동 저항 요소의 부가 결합을 통하여, 압축기 등의 전력 소비 요소를 부가하지 않고도 흡수기에서의 압력을 상승시킬 수 있기 때문에, 엔진 시스템의 효율을 증대시킨다. 흡수기에서의 압력 상승은 CO₂ 흡수 효율을 증대시켜, 흡수기와 관련된 기생 손실을 줄일 수 있다. 기생 손생이 감소되기 때문에, 소정의 엔진 샤프트 전력에 대한 엔진 시스템의 익스포트 전력(export power)은 증대된다.According to a first aspect of the invention, a closed cycle engine system combusts a fuel comprising a combustion support gas to generate an exhaust gas, the engine comprising an intake manifold and an exhaust manifold, and at least partially absorbs the exhaust gas. And a gas circuit including an absorber and a flow resistance element, wherein the aforementioned flow resistance element is positioned between the absorber and the intake manifold such that the pressure at the intake manifold is lower than the pressure at the exhaust manifold. It is characterized by. Also, by placing a flow resistance element between the absorber and the intake manifold, the absorber can be maintained at a higher exhaust pressure than the lower intake pressure. Surprisingly, through the additional coupling of the flow resistance element to the gas circuit, it is possible to increase the pressure in the absorber without adding a power consumption element such as a compressor, thereby increasing the efficiency of the engine system. Increasing the pressure in the absorber can increase the CO ₂ absorption efficiency, thereby reducing the parasitic losses associated with the absorber. Since parasitic loss is reduced, the export power of the engine system for a given engine shaft power is increased.

전술한 유동 저항 요소의 부가로, 밀폐 사이클 엔진 시스템은 엔진의 성능 그대로를 이용하여, 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드 사이의 압력차를 수용할 수 있다. 실제로, 배기 구동 터보 차저가 구비된 디젤 엔진 등의 일정한 형태의 엔진은 흡기매니폴드와 배기 매니폴드 사이의 압력차에 의해 작동하도록 설계된다. 배기 구동 터보 차저를 제거하면, 전술한 압력차는 흡수 효율을 증대시키기 위해 이용될 수 있다. 또한, 엔진의 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드 사이의 압력차의 발생을 통하여, 훨씬 다양한 엔진이 밀폐 사이클 엔진 시스템에서의 사용을 위해 선택될 수 있다. 종래에는, 흡기 매니폴드의 최대 허용 압력에 의한 제약 때문에, 밀폐 사이클 엔진 시스템에 사용될 수 있는 엔진의 수를 줄여야만 했다. 소정의 밀폐 사이클 엔진 시스템에 바람직하게 사용될 수 있는 엔진에 따라 유동 저항 요소가 선택될 수 있기 때문에, 본 발명은 전술한 문제를 완화시킬 수 있다.In addition to the flow resistance elements described above, the hermetic cycle engine system can use the performance of the engine as is to accommodate the pressure difference between the intake manifold and the exhaust manifold. Indeed, certain types of engines, such as diesel engines with exhaust driven turbochargers, are designed to operate by the pressure difference between the intake manifold and the exhaust manifold. By removing the exhaust driven turbocharger, the above-described pressure differential can be used to increase the absorption efficiency. In addition, through the generation of pressure differentials between the engine's intake manifold and exhaust manifold, a much wider range of engines can be selected for use in a closed cycle engine system. Conventionally, due to constraints by the maximum allowable pressure of the intake manifold, the number of engines that can be used in a closed cycle engine system has to be reduced. The present invention can alleviate the aforementioned problems because the flow resistance element can be selected according to the engine, which can be preferably used in a given closed cycle engine system.

유익하게도, 유동 저항 요소는 흡기 매니폴드에서의 압력에 따라 조절될 수 있어서, 흡기 압력은 엔진에 수용가능한 범위 내에 유지되는 한편, 흡수기에서 고압으로 유지될 수도 있다. 또한, 조절가능한 유동 저항 요소의 존재로 인하여, 밀폐 사이클 엔진 시스템은 흡기 매니폴드에서의 어떠한 일시적 압력 상승을 막을 수 있다. 그렇지 않으면, 이러한 일시적으로 상승된 압력은 흡기 매니폴드가 수용할 수 있는 최대 압력을 초과하게 된다.Advantageously, the flow resistance element can be adjusted according to the pressure in the intake manifold so that the intake pressure is kept within an acceptable range for the engine, while at the high pressure in the absorber. In addition, due to the presence of the adjustable flow resistance element, the closed cycle engine system can prevent any transient pressure rise in the intake manifold. Otherwise, this temporarily elevated pressure will exceed the maximum pressure the intake manifold can accommodate.

유동 저항 요소는 유동 제한 장치를 포함하며, 이 장치에는 오리피스판 또는 직경이 줄어든 파이프 절편이 있다. 기존의 밀폐 사이클 엔진 시스템 또는 밀폐 사이클 엔진 시스템을 위한 기존 설계에 신속하고 경제적으로 통합될 수 있는 오리피스판의 사용에 의해, 유동 저항 요소를 이루는 매우 간단한 방법을 제공한다. 이하 기술되는 하나의 특정 실시형태에서, 유동 저항 요소는 흡기 압력에 따른 감압 밸브를 포함한다. 그러면, 가장 유효한 압력값이 선정될 수 있도록, 엔진의 흡기 매니폴드에서의 압력은 조절될 수 있다.The flow resistance element includes a flow restrictor, which has an orifice plate or reduced diameter pipe section. The use of orifice plates, which can be quickly and economically integrated into existing closed cycle engine systems or existing designs for closed cycle engine systems, provides a very simple way to achieve flow resistance elements. In one particular embodiment described below, the flow resistance element comprises a pressure reducing valve according to the intake pressure. The pressure at the intake manifold of the engine can then be adjusted so that the most effective pressure value can be selected.

그 다음, 오리피스판과 감압 밸브 사이에 위치한 가스 서킷에 연소 지지 가스가 공급된다. 일단 벌크 압력이 오리피스판에서 감소된 후에, 가스가 공급되는 것이 편리하다. 연소 지지 가스는 독립형 가스 보틀을 통해 공급되는 산소 및 아르곤 등의 불활성 운반 가스의 혼합물일 것이며, 이들 가스의 유동이 감압 밸브를 통하여 지나가기 전에 이들 가스를 유입함으로써, 연소 지지 가스의 요소들이 흡기 매니폴드 안으로 유입되기 전에 잘 혼합될 수 있다.Then, the combustion support gas is supplied to the gas circuit located between the orifice plate and the pressure reducing valve. Once the bulk pressure is reduced in the orifice plate, it is convenient for the gas to be supplied. The combustion support gas will be a mixture of inert carrier gases such as oxygen and argon supplied through a standalone gas bottle, and by introducing these gases before the flow of these gases passes through the pressure reducing valve, the elements of the combustion support gases will be It may mix well before entering the fold.

유동 저항 요소는 가스 서킷 내의 가스 유동으로부터 전력을 추출하기 위한 전력 추출 수단을 포함할 수 있다. 가스 서킷 내의 가스 유동으로부터의 전력 추출은 밀폐 사이클 엔진 시스템의 효율을 더욱 증대시킨다. 그 전력 추출 수단은 터빈을 포함할 수 있다. 한편, 전력 추출 수단은 베인(vane)이나 다른 정방향 변위 모터를 포함할 수도 있다.The flow resistive element may comprise power extraction means for extracting power from the gas flow in the gas circuit. Power extraction from the gas flow in the gas circuit further increases the efficiency of the closed cycle engine system. The power extracting means may comprise a turbine. On the other hand, the power extraction means may comprise vanes or other forward displacement motors.

흡기 매니폴드에서의 압력은 흡기 매니폴드에서의 압력과는 독립적으로 제어될 수 있다. 그 독립적 제어 수단을 통하여, 엔진 시스템 효율이 개선될 수 있도록, 엔진 시스템 내부의 압력은 조절될 수 있다.The pressure at the intake manifold can be controlled independently of the pressure at the intake manifold. Through its independent control means, the pressure inside the engine system can be adjusted so that the engine system efficiency can be improved.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드를 포함한 엔진, 및 상기 배기 매니폴드와 상기 흡기 매니폴드 사이에 유체를 소통시키는 가스 서킷을 포함하는 밀폐 사이클 엔진 시스템의 조작방법이 제공되어 있고, 그 조작 방법은, 엔진을 조작하여, 배기 가스를 발생시키고, 배기 메니폴드의 가스 서킷으로 배출 가스를 배출시키는 단계; 흡수기에서 배출 가스를 적어도 일부 흡수하는 단계; 및 가스 서킷 내에 유동 저항 요소를 제공하는 단계를 포함하고, 흡수기와 흡기 매니폴드 사이에 위치되는 유동 저항 요소는 흡기 매니폴드에서의 압력이 배기 매니폴드에서의 압력보다 낮아지도록 배치되는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the invention there is provided a method of operating a closed cycle engine system comprising an engine comprising an intake manifold and an exhaust manifold, and a gas circuit for communicating fluid between the exhaust manifold and the intake manifold. The operation method includes the steps of operating an engine to generate exhaust gas and to discharge the exhaust gas to the gas circuit of the exhaust manifold; Absorbing at least a portion of the exhaust gas in the absorber; And providing a flow resistance element in the gas circuit, wherein the flow resistance element located between the absorber and the intake manifold is arranged such that the pressure at the intake manifold is lower than the pressure at the exhaust manifold. .

본 발명은 상술한 밀폐 사이클 엔진 시스템을 포함하는 잠수정에도 미칠 수 있다. 전술한 잠수정은, 예를 들면, 잠수함, 즉 기동 수단을 필요로 하는 모든 형태의 잠수정일 수 있다.The invention also extends to submersibles comprising the hermetic cycle engine system described above. The aforementioned submersible may be, for example, a submarine, i.e. any type of submersible that requires maneuvering means.

본 발명을 더 잘 이해할 수 있기 위하여, 이하에서는, 도면을 참조로 실시예를 통해 특정 실시형태가 기술될 것이다.In order to better understand the present invention, specific embodiments will be described below by way of examples with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 계략도이다.1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시형태에 따른 아르곤 사이클인 밀폐사이클의 디젤엔진 시스템(100)이 도 1에 계략적으로 도시되어 있다. 이 디젤엔진 시스템(100)은 디젤 엔진(110)을 포함하며, 그 디젤 엔진은 흡기 매니폴드(112)와 배기 매니폴드(114)를 포함한다. 배기 매니폴드는 적절한 덕트와 파이프를 통해 흡수기(120)에 연결되고, 순서대로 분리기(130), 오리피스판(140), 및 감압 밸브(150)를 통해, 디젤 엔진(110)의 흡기 매니폴드(112)로 다시 연결된다. 이처럼, 배기 매니폴드를 다시 흡기 매니폴드로 연결하는 가스 서킷이 형성된다. 오리피스판(140)과 감압 밸브(150) 사이에는, 가스 서킷에 아르곤 및 산소를 공급하기 위한 유입구(144, 146) 가 형성되어 있다. 디젤 엔진(110)에 연료를 공급하기 위한 유입구(도시되지 않음) 또한 형성되어 있다. 산소 및 아르곤은 가스 보틀, 또는 기타 다른 적절한 가스 저장 장치를 통해 공급될 수 있다.A closed cycle diesel engine system 100 which is an argon cycle according to an embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 1. This diesel engine system 100 includes a diesel engine 110, which includes an intake manifold 112 and an exhaust manifold 114. The exhaust manifold is connected to the absorber 120 through suitable ducts and pipes, and in order through the separator 130, the orifice plate 140, and the pressure reducing valve 150, the intake manifold of the diesel engine 110 ( 112). As such, a gas circuit is formed that connects the exhaust manifold back to the intake manifold. Between the orifice plate 140 and the pressure reducing valve 150, inlets 144 and 146 for supplying argon and oxygen to the gas circuit are formed. Inlets (not shown) for supplying fuel to the diesel engine 110 are also formed. Oxygen and argon may be supplied via a gas bottle, or other suitable gas storage device.

전술한 디젤엔진 시스템(100)은 밀폐 사이클로 작동될 수 있다. 유입구(144, 146)로부터 공급된 아르곤과 산소의 혼합물을 포함한 연소 지지 가스가 디젤 엔진(110)에 공급된다. 디젤 엔진(110) 내에서의 연료와 산소의 배합은 이산화탄소(CO₂)를 포함한 배기 가스를 발생시킨다. 적어도 CO₂의 일부를 챔버(120)에서 흡수한다. 종래의 밀폐 사이클 엔진에서와 같이, 흡수기(120)는, 와이어 메시가 형성된 로터, 또는 부피 대 표면적 비율이 높은 기타 다른 부재를 포함하며, 흡수기를 통하여 배출 가스가 역류 유동하는 동안, 원심력에 의해서 방사상 바깥 방향으로 물을 배출시킨다. 가변속 워터 펌프(125)의 사용으로 흡수기(120)를 통해 흐르는 물의 양을 변경함으로써, 흡수된 CO₂의 양, 및 흡수기(120)와 배기 매니폴드(114)에서의 압력을 제어할 수 있다.The diesel engine system 100 described above may be operated in a closed cycle. Combustion support gas, including a mixture of argon and oxygen, supplied from inlets 144 and 146 is supplied to diesel engine 110. The combination of fuel and oxygen in the diesel engine 110 generates exhaust gases including carbon dioxide (CO ₂ ). At least a portion of the CO ₂ is absorbed in the chamber 120. As in a conventional closed cycle engine, the absorber 120 comprises a wire meshed rotor, or other member having a high volume to surface area ratio, which is radially dissipated by centrifugal force while the exhaust gas flows back through the absorber. Drain the water outward. By varying the amount of water flowing through absorber 120 with the use of variable speed water pump 125, the amount of CO ₂ absorbed and the pressure in absorber 120 and exhaust manifold 114 can be controlled.

이렇게 처리된 가스는, 그 후 가스 유동으로부터 물을 제거하는 분리기(130)를 통해 오리피스판(140)으로 가게 된다. 감압 밸브(150)와 연동되어 있는 오리피스판(140)은 디젤 엔진(110)의 흡기 매니폴드(112)에서의 압력을 제어하는 역할을 한다. 흡기 매니폴드(112)에서의 압력에 따라 감압 밸브(150)를 제어하므로, 흡기 매니폴드에서의 압력은 디젤 엔진(110)이 낼 수 있는 최대 흡기압력보다 커질 수 없다. 이것은, 도 1에서, 흡기 매니폴드(112)에서 감압 밸브(150) 까지의 파 선(155)에 의해 계략적으로 도시되고 있다. 따라서, 흡기 매니폴드(112)에서의 압력은 배기 매니폴드(114)에서의 압력과는 독립적으로 제어된다.The gas thus processed then goes to orifice plate 140 through separator 130 which removes water from the gas flow. The orifice plate 140 interlocked with the pressure reducing valve 150 serves to control the pressure at the intake manifold 112 of the diesel engine 110. Since the pressure reducing valve 150 is controlled in accordance with the pressure in the intake manifold 112, the pressure in the intake manifold cannot be greater than the maximum intake pressure that the diesel engine 110 can produce. This is schematically illustrated in FIG. 1 by the broken line 155 from the intake manifold 112 to the pressure reducing valve 150. Thus, the pressure at the intake manifold 112 is controlled independently of the pressure at the exhaust manifold 114.

디젤 엔진(110)은 배기 구동 터보 차저와 정상적으로 잘 체결되는 종래의 디젤 엔진이다. 이 엔진이 정상적인 에어로빅 구성으로 작동되는 경우에, 전술한 엔진은 디젤 엔진(110)과 터빈 사이의 압력차에 의해 작동하도록 구성될 것이며, 이 압력차는 설계 압력까지 흡입 공기를 압축하도록 터빈을 구동하기에 충분하다. 따라서, 배기 압력은 발생된 흡기 압력보다 더 높아질 것이다. 디젤엔진 시스템(100)에서의 사용을 위해서, 엔진은, 터보 차저를 제거하고, 흡기 매니폴드(112)와 배기 매니폴드(114)를 디젤 엔진(110)에 직접 연결할 수 있도록 되어 있다. The diesel engine 110 is a conventional diesel engine that normally fits well with an exhaust driven turbocharger. If the engine is operated in a normal aerobic configuration, the aforementioned engine will be configured to operate by the pressure difference between the diesel engine 110 and the turbine, which drive the turbine to compress the intake air to the design pressure. Is enough. Therefore, the exhaust pressure will be higher than the generated intake pressure. For use in the diesel engine system 100, the engine is capable of removing the turbocharger and connecting the intake manifold 112 and exhaust manifold 114 directly to the diesel engine 110.

그러므로, 터보 차저가 제거된 밀폐 사이클 조작 시에, 압력차에 의한 엔진의 작동 성능은, 디젤 엔진(110)이 수용할 수 있는 범위 내에서 흡기 매니폴드(112)의 압력을 유지하는 동안, 흡수기(120)에서의 압력을 높임으로써 흡수 효율을 크게하는데 이용될 수 있다. 전술한 압력차는 디젤 엔진(110)의 최초 시동 후에 만들어지는데, 먼저, 디젤엔진 시스템은 일정한 압력 상태에 있을 것이다. 그 디젤엔진 시스템 내의 CO₂ 부분 압력은 시동 시에 매우 낮기 때문에, 흡수 효율 또한 낮다. 엔진은 계속해서 작동하기 때문에, 평형 상태에 도달할 때까지 CO₂ 부분 압력이 발생하여, 흡수 효율도 높아진다. 오리피스판(140)과 감압 밸브(150)를 포함하는 추가된 유동 저항 요소의 작동을 통하여, 흡기 매니폴드와 흡수기 사이에 압력차가 생긴다. 평형 상태에 도달하면, 이러한 압력차는, 흡기 매니폴드(114)에 서 나타나는 고압으로 흡수기(120)에서의 압력을 유지하는 동안, 흡기 매니폴드가 수용할 수 있는 일정한 최대 압력값으로 유지되며, 이에 따라, 흡수 효율은 증가한다. 흡수 효율의 증가는 엔진의 기생 손실의 감소를 가져오고, 결국, 가스 서킷에 오리피스판과 감압 밸브를 도입함으로써, 엔진의 총효율은 증대된다.Therefore, in the closed cycle operation in which the turbocharger is removed, the operating performance of the engine due to the pressure difference is maintained while the pressure of the intake manifold 112 is maintained within the range that the diesel engine 110 can accommodate. Increasing the pressure at 120 can be used to increase the absorption efficiency. The aforementioned pressure differential is made after the initial start of the diesel engine 110, first of all, the diesel engine system will be at a constant pressure state. Since the CO ₂ partial pressure in the diesel engine system is very low at start-up, the absorption efficiency is also low. Since the engine continues to operate, CO ₂ partial pressure is generated until equilibrium is reached, so that the absorption efficiency is also increased. Through the operation of the additional flow resistance element comprising the orifice plate 140 and the pressure reducing valve 150, a pressure difference occurs between the intake manifold and the absorber. When the equilibrium state is reached, this pressure difference is maintained at a constant maximum pressure value that the intake manifold can accommodate, while maintaining the pressure at the absorber 120 at the high pressure that appears at the intake manifold 114. Thus, the absorption efficiency is increased. The increase in absorption efficiency results in a reduction in parasitic losses in the engine, and consequently the total efficiency of the engine is increased by introducing an orifice plate and a pressure reducing valve in the gas circuit.

상술한 실시형태에 대한 변경 및 수정은, 당업자에게 있어서는 명백해 질 것이기 때문에, 가능하다. 예를 들면, 상기에서 유동을 제한하기 위해 오리피스판과 감압 밸브를 결합하여 사용하고, 흡기 압력을 제어하는 것에 관해 기술되었지만, 여러 다른 구성이 이용될 수도 있다. 그러한 다른 구성으로, 직경이 줄어든 파이프, 또는 당업자에게 공지된 수동 및 능동으로 제어되는 여러 유동 제한 장치를 이용할 수 있다. 특히 간단한 구성으로, 유동 저항 요소는 상술한 감압 밸브를 포함하지 않고 오리피스판만을 포함할 수도 있다. 오리피스만을 포함한 유동 저항 요소는, 엔진 시스템 작동시에 요구되는 정확한 압력차가 제조시에 알려졌거나, 또한 제어가 필요없는 곳에 적합할 것이다. 또한, 압력 감소로부터의 에너지를 이용하여 가스 터빈 및 팽창기, 또는 어떠한 형태의 정변위 모터 등의 기계 장치에 더 많은 전력을 제공할 수 있는 것을 고려해 볼 수 있다. 따라서, 수반되는 청구항에서 특징지워지는 본 발명의 범위 내에서 전술한 변경/개조, 및 당업자에게 있어 바로 명확해질 다른 구성이 가능하다는 것을 명백히 이해할 수 있다.Modifications and variations to the embodiments described above will be apparent to those skilled in the art, and therefore are possible. For example, while the above has been described using a combination of an orifice plate and a pressure reducing valve to limit flow, and controlling intake pressure, various other configurations may be used. In such other configurations, it is possible to use pipes with reduced diameters, or various flow restriction devices which are passively and actively controlled known to those skilled in the art. In a particularly simple configuration, the flow resistance element may comprise only an orifice plate without including the pressure reducing valve described above. Flow resistance elements, including only orifices, will be suitable where the exact pressure differential required to operate the engine system is known at the time of manufacture or where no control is required. It is also contemplated that energy from the pressure reduction can be used to provide more power to mechanical devices such as gas turbines and expanders, or any type of positive displacement motor. Thus, it will be apparent that the above-described modifications / modifications and other arrangements will become readily apparent to those skilled in the art within the scope of the invention as characterized in the accompanying claims.

Claims

An engine which combusts fuel including combustion support gas to generate exhaust gas, the engine comprising an intake manifold and an exhaust manifold; And

A gas circuit for fluid communication between the intake manifold and the exhaust manifold

Including,

The gas circuit includes an absorber and a flow resistance element for absorbing at least a portion of the exhaust gas, the flow resistance element located between the absorber and the intake manifold such that pressure at the intake manifold is at the exhaust manifold. Closed cycle engine system, characterized in that arranged to be lower than the pressure of.

The method of claim 1,

The flow resistance element is closed cycle engine system, characterized in that it can be adjusted according to the pressure in the intake manifold.

The method according to claim 1 or 2,

The flow resistance element includes a closed cycle engine system.

The method according to any one of claims 1 to 3,

And the flow resistance element comprises an orifice plate.

The method of claim 4, wherein

The flow resistance element further comprises a pressure reducing valve in response to the pressure at the intake manifold.

The method of claim 5,

A closed cycle engine system, wherein combustion support gas is supplied to the gas circuit located between the orifice plate and the pressure reducing valve.

The method according to claim 1 or 2,

The flow resistance element comprises closed power engine means for extracting power from the flow in the gas circuit.

The method of claim 7, wherein

Said power extracting means comprising a turbine.

The method according to any one of claims 1 to 8,

The closed cycle engine system of claim 1, wherein the pressure in the intake manifold is controllable independently of the pressure in the intake manifold.

Closed cycle engine system described herein with reference to substantially the accompanying drawings.

10. A submersible comprising the closed cycle engine system according to any one of claims 1 to 9.

A method of operating a closed cycle engine system comprising an engine including an intake manifold and an exhaust manifold, and a gas circuit for communicating fluid between the exhaust manifold and the intake manifold,

a) operating the engine to generate exhaust gas and to exhaust the exhaust gas to the gas circuit of the exhaust manifold;

b) absorbing at least a portion of said exhaust gas in an absorber; And

c) providing a flow resistance element in the gas circuit

Including,

The flow resistance element located between the absorber and the intake manifold is arranged such that the pressure at the intake manifold is lower than the pressure at the exhaust manifold.

A method of operating a closed cycle engine system described herein with reference to substantially the accompanying drawings.