KR20120140583A

KR20120140583A - 디젤 엔진 증기 분사 장치

Info

Publication number: KR20120140583A
Application number: KR1020110060917A
Authority: KR
Inventors: 강헌국; 조철환
Original assignee: 강헌국; 조철환
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-12-31

Abstract

디젤기관에 고온의 물과 연료를 혼합 분사하여 연료와 물이 만나 고온의 조건에서 수성가스화가 이루어지도록 하여 연료의 발열량을 매우 높이며, 이의 구성을 위하여 물을 기관의 배기열을 이용하여 고온 고압으로 가열하고, 장치의 간략화와 구성의 효율을 위하여 최소의 구성 설비가 취부도로록 연구된 디젤기관 증기분사 장치이다.

Description

디젤 엔진 증기 분사 장치{steam injection equipment of diesel engine}

열 화학 공학

연료의 전량 수성가스화 검토

수성가스 : 비중 0.534 (공기 대비) , 총발열량 2800 Kcal/M＾3 ,

공기 1M＾3 무게 : 10332*1 / (29.27*273 +15) = 1.3 KG/M＾3

수성가스 1 m＾3 의 무게 = 1.3 * 0.534 = 0.6942 KG/M＾3

KGf 당 발열량 --＞ 2800 / 0.6942 = 4369 Kcal/KG ,

경유 : 9000 kcal/KGf

수성가스 연소반응

C + 02 --＞ CO2 (약 10000 kcal/kgf ) , (12) (32) (44) ＜분자량＞ =＞ 완전연소

(56) (32) (44*2)

(12) (18) (28) (2) ==＞ 2CO + O2 ---＞ 2CO2

C + H20 --＞CO (42％) + H2 (49％) + 2800 Kcal/m＾3

(-31 Kcal/Kgf), (수성가스) ==＞ 2H2 + O2 ----＞ 2H2O (수성가스 연소)

(4) (32) (18*2)

등유, 경유 분자식, C 의 개수 16 으로 가정 [C16Hx]하여 물의 연료화 검토.

1. 중량비 대비 검토

--＞ 모두 수성가스화 하기 위한 물의 비율 (탄소 분자 한 개당 1개의 물분자 필요)

- 기름[C16H4(가정), 분자량 160] 의 X 단위 중량당 몰수 = X / (160*1) EA

- 기름의 분자 당 탄소분자의 수 = 16 EA

- 기름의 X 단위 중량당 탄소분자 수 = X * 16 / (160*1) EA = 0.1 X EA

- 물의 X 단위 중량당 분자수 = X / (18 * 1) EA = 0.0555 X EA

- 따라서 기름과 물, 동일 X 단위 중량당 탄소와 물의 분자 개수 비 = 0.1 : 0.0555 = 1.8

(즉, 물의 분자수가 동일 중량당 기름의 탄소 분자수보다 1.8 배 적다. - 물은 수소결합)

--＞ 따라서 기름 C16Hx 의 단위 중량당 기름에 함유된 탄소를 모두 수성가스화 시키기 위한 물의 중량은 C16Hx 중량보다 1.8 배의 중량비가 되어야 한다.

(탄소분자 하나에 하나의 물분자가 대응하여 수성가스 발생)

--＞ 그러므로 경유 1KG을 모두 수성가스화 시키기 위한 물의 중량은 1.8 KGf 이 필요하다.

--＞ 그러므로 1 KGf 의 경유를 모두 수성가스화 했을 경우는 "1+1.8" [KGf] 의 수성가스가 발생한다.

--＞ 수성가스화 총발열량 : 2.8 * 4369 = 12233 [Kcal]

--＞ 물의 증발잠열 손실과 가열현열 손실을 빼야 하므로 (물을 대기압에서 1000도까지 가열)

12233 -(1790*2.8) = 7221 [Kcal/Kg]

(기름보다 약간 하강, 수성가스 -31 kcal/KG 흡열반응 고려 필요 ,

연료자체 수소분 포함 필요.)

(뜨거운 수성가스이므로 물의 잠열, 현열 손실은 연소시 보일러에서 상당량 회수된다.)

(만약 기름을 전량 수성가스화 시키지 않을시 10000 -(1790*2.8) = 4988 [Kcal/Kg]가된다.)

2 . 체적 대비 검토

--＞ 모두 수성가스화 했을 시 수성가스의 체적

- 기름 1KGf 의 몰수 = 1000/160 = 6.25 mol ,

- 기름의 분자 당 탄소분자의 수 = 16 EA

- 탄소분자 하나와 물분자 하나 =＞"일산화탄소 분자하나 + 수소분자 하나" 이므로 탄소분자 하나는 44.8 L 의 수성가스를 발생시킨다.

- 기름 1 KGf 에 의한 수성가스 체적 : 6.25*16*44.8 = 4480 L = 4.5 m＾3

--＞ 기름 1 KGf를 모두 수성가스화 했을 시 수성가스의 발열량 : 4.5 * 2800 = 12600 Kcal

===＞ 따라서 기름을 모두 수성가스화시 이득이 있다.

(그러므로 수성가스화 비율이 높을수록 유리)

그러므로 선 수성 가스화가 유리하다.

(*** 물이 연료로 사용되는 효과가 있다.***)

내연기관의 대폭적인 효율 증가 및 유해 배기가스의 감소

디젤 기관의 연료 인젝터에 연료와 고온의 물을 혼합주입 할수 있도록 도1과 같은 물 연료 혼합 분사장치(15)를 만들어 부착하고 물은 기관의 배기가스의 여열을 이용하여 고온 고압으로 가열 후 주입하여 실린더 내에서 증기화되도록 하여 배경 기술에서 제시된 내용과 같이 물이 연료화되는 효과가 나타나도록 한다.

연료와 물이 혼합되어 완전한 수성가스화가 되기 위해서는 고온의 조건이 필요하므로 디젤 기관의 실린더 내는 이러한 조건이 충족되어 여러 가지로 유리한 배경을 가진다.

지금까지와는 다른 매우 효율이 높은 디젤기관을 이용할 수 있고 유해 배기가스 감소 효과가 매우 탁월하다.

도1은 물 연료혼합 분사 보조 장치 의 상세도.
도2는 디젤엔진 증기 분사장치의 간략 배치도

1) 물연료 혼합 분사장치의 구성

실린더의 연료 분사기 이전에 부착이되며 가압된 연료가 분사기로 분사되기 전 물연료 혼합분사장치(15)를 먼저 거치도록하며, 가압된 연료가 물연료 혼합분사 장치 내에서 연료측 체크밸브(6)를 밀어 이와 일체로된 가열물측 체크 밸브를 밀어 연료의 주입시 물이 동시주입되게 하고 케크 밸브의 단면적을 조절하여 오일측의 힘이 세어지도록 하고, 오일의 압력이 떨어지면 물의 압력으로 역으로 밀려 유로가 차단되며 오일의 분무량이 많을 경우 체크 밸브 이동량이 커서 물의 량도 공급량이 자연히 늘어나도록 하며 ,물 유량의 조절은 물 유량 조절 나사(4)로 조절하여 미리 어느정도 배합량을 조절 한다. 이러한 구성으로 이루어져 인젝터(14)의 이전에 부착되어져 물과 연료가 혼합 분사가 이루어지도록 구성된다.

2) 디젤 증기 분사 장치의 구성

기관의 인젝터(14)의 이전에 물 연료혼합 분사기(15)를 설치하고, 물을 가열하기 위하여 배기관과 열교환을 할수 있도록 물 가열관(12)이 배기관 내로 거친후 공급되도록하며 이의 조합 구성을 위하여 물탱크(9), 물압력조절 릴리프 밸브(10), 물 펌프(11)등을 설치하며, 물 계통 각각의 장치들은 동절기 결빙을 대비하여 주위에 가열 장치를 추가로 설치할 수 있으며, 물 연료 혼합 분사기의 이전에는 솔레노이드 밸브(18)를 설치하여 기관의 시동후 일정시간 후 열리게 하고, 기관의 정지시에는 동시에 닫히지만 , 기관 정지 스위치를 돌린후 기관이 일정 시간 후 정지되도록 정지 회로를 개선하여 물이 인젝터 내에서 완전한 퍼지가 이루어지도록 구성된다.

매우 열효율이 높은 내연기관을 이룩할 수 있으므로 연료의 대폭적 절감을 이룰수 있고 유해 배기가스의 감소에도 많은 도움이 된다.

1: 물연료 혼합 분사기 블록 2: 가열 물 입구관 3: 가열 물 측 체크밸브
4: 물 유량 조절 나사 5: 가압 물 통로 6: 연료측 체크 밸브
7: 연료입구 8: 물 연료 혼합 출구
9: 물 저장통 10: 물 압력조절 릴리프 밸브 11: 물 가압펌프
12: 물 가열관 13: 배기관 14: 인젝터 15: 물연료 혼합 분사기
16: 연료관 17: 연료 탱크

Claims

물과 연료를 혼합하여 기관내에 분사할 수 있도록 물 가압펌프(11), 물 가열관(12), 릴리프 밸브(10), 솔레노이드 밸브(18), 물 연료 혼합 분사기(15) 등으로 구성된 디젤엔진 증기분사 장치.
1항에 있어서 물 연료 혼합 분사기(15)