KR20140010966A - 분사장치 - Google Patents

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KR20140010966A
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KR1020137025920A
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마사히사 후쿠야마
겐지 이시구로
나오히로 무라타
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히다치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

분사장치(6)는, 용기(62)와, 용기(62) 내에 소정량의 액상 암모니아를 공급하는 액상 암모니아 공급부(69)와, 용기(62)에 접속됨과 아울러 압축용의 공간 내에 충전된 가스를 압축하여 압축가스를 용기(62) 내로 유입하는 압축부(65) 및 용기(62)에 접속되어 용기(62) 내에 대한 압축가스의 유입에 의하여 용기(62)로부터 압출되는 암모니아를 연소실 내로 인도하는 노즐(66)을 구비한다. 분사장치(6)에서는, 압축에 의하여 고온이 되는 가스를 이용하여 연소실 내로 암모니아를 분사함으로써 연소실 내에서 암모니아의 연소를 용이하게 발생시킬 수 있다.

Description

분사장치{INJECTION DEVICE}
본 발명은, 엔진(engine)의 연소실 내로 암모니아(ammonia)를 분사하여 연소실 내에서 연소를 발생시키는 분사장치(噴射裝置)에 관한 것이다.
종래부터, 암모니아 가스를 연소시키는 엔진이 제안되어 있고, 예를 들면 일본국 공개특허 특개평5-332152호 공보(문헌1)에서는, 연소실로부터의 배기(排氣)의 열에 의하여 암모니아 가스를 수소와 질소로 분해함과 아울러, 상기 수소가스를 초기에 연소시켜서 연소실 내에 별도로 공급된 암모니아 가스를 연소시키는 방법이 개시되어 있다. 문헌1의 방법에서는, 자연적인 착화(spontaneous ignition)가 용이하지 않은 암모니아 가스(상압(常壓) 하에서의 자연적인 착화온도는 651도이다)를 효과적으로 연소시키는 것이 실현된다.
그러나 문헌1의 방법에서는, 암모니아 가스를 수소와 질소로 분해하는 암모니아 분해반응기(ammonia 分解反應器)나 수소흡장수단(means for occluding hydrogen) 등이 필요하게 되어, 엔진의 구성이 복잡하게 된다. 따라서 암모니아를 연료로 하는 엔진에 있어서 연소실 내에서 연소를 용이하게 발생시키는 신규의 방법이 요구되고 있다.
본 발명은, 엔진의 연소실 내로 암모니아를 분사하여, 연소실 내에서 연소를 발생시키는 분사장치를 제공함으로써 연소실 내에서 암모니아의 연소를 용이하게 발생시키는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 분사장치(噴射裝置)는, 용기(容器)와, 상기 용기 내에 소정량의 액상 암모니아(液狀 ammonia)를 공급하는 액상 암모니아 공급부와, 상기 용기에 접속됨과 아울러 압축용의 공간 내에 충전(充塡)된 가스를 압축하여 압축가스를 상기 용기 내에 유입하는 압축부(壓縮部)와, 상기 용기에 접속되어, 상기 용기 내에 대한 상기 압축가스의 유입에 의하여 상기 용기로부터 압출되는 암모니아를 상기 연소실 내로 인도하는 노즐(nozzle)을 구비한다.
본 발명에 의하면, 압축에 의하여 고온이 되는 가스를 이용하여 연소실 내로 암모니아를 분사함으로써 연소실 내에서 암모니아의 연소를 용이하게 발생시킬 수 있다.
바람직하게는 상기 가스가 산소를 포함하고, 더 바람직하게는 상기 가스가 산소가스이거나 또는 상기 가스가 상기 연소실로부터 배출되는 배기(排氣)이다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 분사장치가 상기 가스를 가열하는 가열부(加熱部)를 더 구비함으로써 압축가스를 더 고온으로 할 수 있다. 이 경우에 상기 가열부에 있어서 상기 연소실로부터 배출되는 배기를 사용하여 상기 가스가 가열되는 것이 바람직하며, 이에 따라 엔진의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
상기의 목적 및 다른 목적, 특징, 태양 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 이루어지는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 명확하게 된다.
도1은, 2스트로크 엔진의 구성을 나타내는 도면이다.
도2는, 분사장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도3은, 2스트로크 엔진의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도4는, 2스트로크 엔진의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도1은, 본 발명의 하나의 실시형태에 관한 2스트로크 엔진(two-stroke engine)(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 2스트로크 엔진(1)은 선박용의 내연기관(內燃機關)이며 암모니아(NH3)를 연료로 한다. 2스트로크 엔진(1)은, 실린더(cylonder)(2)와, 실린더(2) 내에 설치되는 피스톤(piston)(3)을 구비하고, 피스톤(3)은 도1에서 상하방향으로 이동할 수 있다. 또 도1에서의 상하방향은 중력방향(重力方向)이라고는 할 수 없다.
실린더(2)는, 원통 모양의 실린더 라이너(cylinder liner)(21)와, 실린더 라이너(21)의 상부에 부착되는 실린더 커버(cylinder cover)(22)를 구비한다. 피스톤(3)은, 실린더 라이너(21)에 삽입된 두꺼운 원판 모양의 피스톤 크라운(piston crown)(31)과, 일단(一端)이 피스톤 크라운(31)의 하면에 접속되는 피스톤 로드(piston rod)(32)를 구비한다. 피스톤 로드(32)의 타단(他端)은, 도면에 나타내는 것을 생략한 크랭크 기구(crank 機構)에 접속된다.
2스트로크 엔진(1)에서는, 실린더 라이너(21), 실린더 커버(22), 배기밸브(排氣valve)(25)(후술) 및 피스톤 크라운(31)의 상면(즉 피스톤(3)의 상면)에 의하여 둘러싸이는 공간이, 암모니아 및 공기를 연소하기 위한 연소실(燃燒室)(20)이다. 실린더 커버(22)에는 연소실(20)에 연료를 공급하는 분사장치(噴射裝置)(6)가 설치된다. 본 실시형태에서는 연료로서 액상 암모니아(液狀 ammonia)가 사용된다. 분사장치(6)의 구성에 대해서는 후술한다.
실린더 라이너(21)의 하단부 근방에는 다수의 관통구멍이 주변을 둘러싸는 형상으로 배열되어 형성되고, 이들의 관통구멍의 집합이 연소실(20) 내로 후술하는 소기(掃氣)를 공급하는 소기포트(掃氣port)(23)이다. 소기포트(23)의 주위에는 소기실(掃氣室)(231)이 설치되어 있고, 소기포트(23)는 소기실(231)을 통하여 소기관(掃氣管)(41)에 연결된다.
실린더 커버(22)에는 연소실(20) 내의 가스를 연소실(20)의 외부로 배출하는 배기포트(排氣port)(24)가 형성되고, 배기포트(24)에는 배기포트(24)를 개폐하는 배기밸브(25)가 설치된다. 배기포트(24)를 통하여 연소실(20)로부터 배출된 가스(이하,「배기」라고 한다)는 제1배기로(第一排氣路)(241)를 통하여 배기관(排氣管)(42)으로 인도된다. 실제의 2스트로크 엔진(1)에서는, 복수의 실린더(2)가 병설되어 있고, 복수의 실린더(2)가 1개의 소기관(41) 및 1개의 배기관(42)에 접속된다.
2스트로크 엔진(1)은, 터보차저(turbocharger)인 과급기(過給器)(5)와, 해수 등의 냉매에 의하여 과급기(5)로부터의 공기를 냉각하는 공기냉각기(空氣冷却器)(43)를 더 구비한다. 과급기(5)는 터빈(turbine)(51) 및 컴프레서(compressor)(52)를 구비하고, 터빈(51)은 제2배기로(811)를 통하여 배기관(42)으로부터 반송된 배기에 의하여 회전한다. 컴프레서(52)는, 터빈(51)에서 발생하는 회전력을 이용하여(즉 터빈(51)의 회전을 동력으로 하여), 2스트로크 엔진(1)의 외부로부터 흡기로(吸氣路)(82)를 통하여 받아들인 흡기(공기)를 가압하여 압축한다. 가압된 공기(이하,「소기」라고 한다)는 공기냉각기(43)에 의하여 냉각된 후에 소기관(41) 내로 공급된다. 이와 같이 과급기(5)에서는, 배기를 이용하여 흡기를 가압하여 소기가 생성된다.
터빈(51)의 회전에 이용된 배기는, 제3배기로(812)를 통과하고, 질소산화물(NOX)을 환원하기 위한 환원촉매(還元觸媒)(7)를 통하여 2스트로크 엔진(1)의 외부로 배출된다. 상기한 바와 같이 2스트로크 엔진(1)의 연료는 암모니아이며, 유황분(硫黃分)은 연료에 포함되어 있지 않다. 이 때문에 배기는 스크러버(scrubber)에 의한 유황분의 제거 없이 외기(外氣)로 배출된다. 이에 따라 2스트로크 엔진(1)을 구비하는 선박의 구조를 간소화 할 수 있다.
도2는, 분사장치(6)의 구성을 나타내는 도면이다. 분사장치(6)는, 장치본체(裝置本體)(61)와, 액상 암모니아 공급부(液狀 ammonia 供給部)(69)를 구비한다. 2스트로크 엔진(1)에 있어서, 장치본체(61)는 복수의 실린더(2)의 각각에 설치되고, 1개의 액상 암모니아 공급부(69)가 복수의 장치본체(61)에 접속된다. 따라서 복수의 실린더(2)에 각각 설치되는 복수의 분사장치(6)에 있어서, 1개의 액상 암모니아 공급부(69)가 공유된다.
장치본체(61)는 용기(62)를 구비하고, 용기(62)에는 암모니아 공급로(ammonia 供給路)(692)의 일단이 접속된다. 암모니아 공급로(692)의 타단은 액상 암모니아 공급부(69)의 액상 암모니아 탱크(691)에 접속된다. 암모니아 공급로(692)에는 공급펌프(693) 및 공급밸브(694)가 설치되고, 공급밸브(694)를 개방함으로써 액상 암모니아 탱크(691)로부터 용기(62) 내로 소정량의 액상 암모니아가 공급된다. 상기한 바와 같이 1개의 액상 암모니아 공급부(69)가 복수의 분사장치(6)에 공유되기 때문에, 실제로는 액상 암모니아 탱크(691)로부터 신장되는 암모니아 공급로(692)는 복수의 분기유로(分岐流路)로 분기되어 복수의 장치본체(61)의 용기(62)에 각각 접속된다. 또 공급펌프(693)는 액상 암모니아 탱크(691)와 분기점의 사이에 설치되고, 공급밸브(694)는 각 분기유로에 설치된다. 이에 따라 1개의 공급펌프(693)만에 의하여 복수의 장치본체(61)에 대한 액상 암모니아의 공급이 가능하게 됨과 아울러, 공급밸브(694)를 제어함으로써 복수의 장치본체(61)에 있어서 개별의 타이밍에 의하여 액상 암모니아를 공급할 수 있다.
분사장치(6)는, 2스트로크 엔진(1)의 외부로부터 공기를 받아들임과 아울러, 당해 공기(후술하는 바와 같이 연료를 연소실(20)로 안내하는 가스이며, 이하 「보조가스」라고 한다)를 가열하는 가열부(加熱部)(68)를 더 구비한다. 가열부(68)는, 도1의 제3배기로(812)의 일부를 내부에 포함하는 구성이며, 터빈(51)으로부터 배출된 배기의 열을 이용하여 보조가스를 가열한다. 또 가열부(68)도 복수의 분사장치(6)에 공유된다.
각 장치본체(61)는 플런저 펌프(plunger pump)(또는 피스톤 펌프)인 압축부 본체(壓縮部 本體)(63)를 구비하고, 압축부 본체(63)는 펌프 실린더(632) 및 펌프 피스톤(631)을 구비한다. 펌프 피스톤(631)은, 도면에 나타내는 것을 생략한 캠기구에 의하여 크랭크 기구에 있어서의 크랭크 앵글(crank angle)을 따라 펌프 실린더(632)의 축방향으로 이동한다. 또한 펌프 실린더(632)의 선단(도2에서 하측의 선단)에는 배출로(排出路)(633)가 설치된다.
펌프 실린더(632)에서는, 가열부(68)로부터 신장되는 보조가스 공급로(681)의 일단이 배출로(633)의 근방에 접속되고, 펌프 실린더(632) 내의 보조가스가 가열부(68)로 되돌아가는 것을 방지하는 첵크밸브(check valve)(도면에 나타내는 것은 생략)가 보조가스 공급로(681)에 설치된다. 또한 배출로(633)의 선단은 후술하는 분사압력 제어밸브(噴射壓力 制御valve)(64)에 접속되고, 분사압력 제어밸브(64)에서는, 배출로(633)로부터 배출된 보조가스가 펌프 실린더(632) 내로 되돌아가는 것이 방지된다. 따라서 압축부 본체(63)에서는, 펌프 피스톤(631)이 배출로(633)로부터 떨어지는 방향(도2에서 상측)으로 이동함으로써 가열부(68) 내의 보조가스가 펌프 실린더(632) 내에 충전(充塡)된다. 또한 펌프 피스톤(631)이 배출로(633)를 향하여 이동함으로써, 후술하는 바와 같이 펌프 실린더(632) 내의 보조가스가 배출로(633)로부터 배출된다. 또 펌프 실린더(632)의 용적은, 배출로(633)로부터 용기(62)를 경유하여 후술하는 노즐(66)에 이르는 유로의 용적보다 충분히 크다.
분사압력 제어밸브(64)는 케이싱(casing)(641)을 구비하고, 배출로(633)의 선단은 케이싱(641) 내에 배치된다. 케이싱(641) 내에 있어서, 배출로(633)의 개구(開口)에는 밸브체(valve體)(642)가 설치되고, 가압부(643)에 의하여 밸브체(642)가 배출로(633)의 개구에 가압됨으로써 당해 개구가 폐쇄된다.
장치본체(61)에 있어서, 펌프 피스톤(631)이 도2의 실선으로 나타내는 위치로부터 배출로(633)를 향하여 이동을 시작한 직후에는, 배출로(633)의 개구가 폐쇄되어 있기 때문에 펌프 실린더(632) 내의 보조가스의 압력 및 온도가 점차적으로 증대된다. 그리고 보조가스가 밸브체(642)를 누르는 힘이 가압부(643)에 의하여 밸브체(642)가 당해 개구를 폐쇄하는 힘보다 커지게 되면, 배출로(633)의 개구가 개방된다. 이에 따라 압축된 보조가스(이하, 간단하게 「압축가스」라고 한다)가 당해 개구로부터 배출된다. 케이싱(641)에는 용기(62)에 접속되는 연결통로(645)가 설치되어 있어, 압축가스는 연결통로(645)를 통하여 용기(62) 내로 유입된다. 이와 같이 분사장치(6)에서는, 압축부 본체(63) 및 분사압력 제어밸브(64)가, 압축용의 공간인 펌프 실린더(632) 내에 충전된 보조가스를 압축하여 압축가스를 용기(62) 내로 유입하는 압축부(壓縮部)(65)가 된다. 또 가압부(643)에 의한 가압력은 조절부(644)에 의하여 조절할 수 있고, 이에 따라 용기(62) 내로 유입되는 압축가스의 압력도 변경할 수 있다.
상기한 바와 같이 용기(62) 내에는 액상 암모니아 탱크(691)로부터 액상 암모니아가 공급된다. 또한 용기(62)의 상부(액상 암모니아의 액면(液面)보다 상방)에는 노즐(nozzle)(66)이 접속된다. 압축가스가 용기(62) 내로 유입될 때에는, 암모니아 공급로(692)의 공급밸브(694)는 닫혀 있어, 노즐(66) 및 연결통로(645)가 접속되는 부위를 제외하고 용기(62)는 밀폐상태가 된다. 따라서 용기(62) 내에 대한 압축가스의 유입에 의하여 용기(62) 내의 액상 암모니아가 압출되어, 노즐(66)을 통하여 압축가스와 함께 연소실(20) 내로 분사된다. 또 노즐(66)로부터 분사되는 암모니아는, 액상(액적(液滴)을 포함한다)이나 가스상(gas狀)의 암모니아를 포함하는 상태(기액혼합상태(氣液混合狀態))로 되어 있다.
다음에 2스트로크 엔진(1)의 동작에 대하여 설명한다. 2스트로크 엔진(1)에서는, 도1에 있어서 이점쇄선으로 나타내는 피스톤(3)의 위치가 상사점(上死點)이고, 실선으로 나타내는 피스톤(3)의 위치가 하사점(下死點)이다. 피스톤(3)이 상사점 근방에 위치할 때에는, 도1에 있어서 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이 배기밸브(25)가 상승하여 배기포트(24)가 닫혀 있어, 연소실(20) 내의 소기가 압축된다.
도2의 분사장치(6)에서는, 피스톤(3)의 동작에 동기(同期)되어 펌프 피스톤(631)이 배출로(633)를 향하여 이동함으로써, 고온이고 또한 고압의 압축가스가 용기(62) 내로 유입되어, 용기(62) 내의 암모니아가 압축가스와 함께 노즐(66)을 통하여 도1의 연소실(20) 내로 분사된다. 연소실(20) 내에 있어서 기화(氣化)된 암모니아의 자연적인 착화(spontaneous ignition)가 고온의 압축가스에 의하여 촉진되어, 연소실(20) 내의 가스(즉 암모니아 가스, 압축가스 및 소기)의 연소(폭발)가 발생한다. 이에 따라 피스톤(3)이 밀려 내려가서 하사점을 향하여 이동한다. 또 착화된 상태의 암모니아가 노즐(66)로부터 연소실(20) 내로 분사되더라도 좋다.
도2의 분사장치(6)에서는, 암모니아의 분사 후에 피스톤(3)이 다음으로 상사점 근방에 도달할 때까지, 액상 암모니아 공급부(69)에 의하여 용기(62) 내에 소정량(본 실시형태에서는, 1회의 분사에 필요한 양이며, 2스트로크 엔진(1)의 출력에 대응하는 양으로서 가변이다)의 액상 암모니아가 공급된다. 또한 펌프 피스톤(631)이 배출로(633)로부터 떨어지는 방향으로 이동함으로써 가열부(68) 내의 보조가스가 펌프 실린더(632) 내에 충전된다.
도1의 2스트로크 엔진(1)에서는, 연소실(20) 내의 가스의 연소 후, 피스톤(3)이 하사점에 도달하기 전에 배기밸브(25)가 하강하여 배기포트(24)가 열린다. 이에 따라 연소실(20) 내의 연소가 끝난 가스의 배출이 시작된다. 연소실(20)로부터 배출된 가스(즉 배기)는, 상기한 바와 같이 제1배기로(241), 배기관(42) 및 제2배기로(811)를 통하여 과급기(5)의 터빈(51)으로 반송된다. 터빈(51)을 통과한 후의 배기는, 가열부(68)에 있어서의 보조가스의 가열에 이용된다. 가열부(68)를 통과한 배기는, 환원촉매(7)를 통과하여 2스트로크 엔진(1)의 외부로 배출된다. 또 2스트로크 엔진(1)에서는, 크랭크 기구의 크랭크 샤프트에 접속된 캠기구에 의하여 배기밸브(25)의 상승 및 하강(배기포트(24)의 개폐)이 이루어진다.
피스톤(3)이 하사점 근방까지 이동하여 피스톤 크라운(31)의 상면이 소기포트(23)의 하방에 위치하면, 연소실(20)과 소기실(231)이 연결되어(즉 소기포트(23)가 열려서) 소기실(231) 내의 소기의 연소실(20) 내에 대한 공급이 시작된다. 피스톤(3)은 하사점을 통과한 후에 상승으로 바뀌어서, 피스톤 크라운(31)의 상면이 소기포트(23)의 상방에 도달함으로써 소기포트(23)가 닫히게 되어, 연소실(20) 내에 대한 소기의 공급이 정지된다. 계속하여 배기포트(24)가 배기밸브(25)에 의하여 닫혀서 연소실(20)이 밀폐된다.
피스톤(3)은 더 상승하여 연소실(20) 내의 소기가 압축되어 피스톤(3)이 상사점 근방에 도달하면, 분사장치(6)로부터 연소실(20) 내로 암모니아가 압축가스와 함께 분사되어, 연소실(20) 내에서 연소가 발생한다. 2스트로크 엔진(1)에서는 상기 동작이 반복된다.
그러나 점화플러그 등을 사용하여 연소실(20) 내에 있어서 암모니아를 연소하는 것도 생각되지만, 점화플러그는 소모품이고, 항(港) 이외에서는 엔진을 원칙적으로 정지하지 않는 선박용의 내연기관에서는 점화플러그를 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 또한 수소가스 등의 파일럿 연료(pilot fuel)를 사용하여 연소실(20) 내에 있어서 암모니아를 연소하는 것도 생각되지만, 액상 암모니아 및 파일럿 연료의 각각에 대하여 탱크나 분사기구를 설치할 필요가 있어, 엔진의 구성이 복잡하게 된다.
이에 대하여 도2의 분사장치(6)에서는, 압축부(65)에 있어서, 압축용의 공간 내에 충전된 가스가 압축되어 액상 암모니아를 유지하는 용기(62) 내로 압축가스가 유입된다. 그리고 압축가스의 유입에 의하여 용기(62)로부터 압출되는 암모니아가 압축가스와 함께 노즐(66)을 통하여 연소실(20) 내로 인도된다. 이와 같이 분사장치(6)에서는, 압축에 의하여 고온이 되는 가스를 이용하여 연소실(20) 내로 암모니아를 분사함으로써 연소실(20) 내에서 암모니아의 연소를 용이하게 발생시킬 수 있다. 또 분사장치(6)에서는 1개의 압축부(65)에 의하여 암모니아 및 보조가스를 연소실(20) 내로 분사하기 때문에, 엔진의 구조가 복잡하게 되지 않는다.
또한 분사장치(6)가 보조가스를 가열하는 가열부(68)를 구비함으로써 압축가스를 더 고온으로 할 수 있어, 연소실(20) 내의 암모니아를 포함하는 가스를 더 확실하게 연소시킬 수 있다. 또한 가열부(68)가, 연소실(20)로부터 배출되는 배기를 사용하여 보조가스를 가열함으로써 2스트로크 엔진(1)의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
여기에서 가령 플런저 펌프에 의하여 액상 암모니아를 직접 연소실(20) 내로 분사하는 경우에, 즉 도2의 압축부 본체(63)의 펌프 실린더(632) 내에 액상 암모니아를 충전하여 배출로(633)로부터 직접 연소실(20) 내로 암모니아를 분사하는 경우에 펌프 실린더(632) 내에 가스가 혼입되면, 펌프 피스톤(631)을 압입하였을 때에 당해 가스의 압축에 의하여 펌프 실린더(632) 내의 액상 암모니아의 가압이 불충분하여, 암모니아가 연소실(20) 내로 적절하게 분사되지 않는 현상(베이퍼 록(vapor lock) 현상)이 발생하는 경우가 있다. 특히 액상 암모니아를 연료로 하는 경우에 있어서, 펌프 실린더(632) 내에 대한 액상 암모니아의 충전 시에 액상 암모니아가 기화하여 펌프 실린더(632) 내에 가스가 혼입될 가능성이 높아지게 된다.
이에 대하여 압축부(65)에 있어서 보조가스를 압축하는 분사장치(6)에서는, 압축대상이 가스이기 때문에 베이퍼 록 현상은 발생하지 않아, 연소실(20) 내에 대한 암모니아의 분사를 확실하게 할 수 있다.
도3은, 2스트로크 엔진(1)의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도3의 분사장치(6a)에서는 도1의 분사장치(6)에 있어서의 가열부(68)가 생략되고, 제3배기로(812) 내의 배기의 일부를 장치본체(61)로 인도하는 보조유로(補助流路)(682)가 새롭게 설치된다. 다른 구성은 도1의 2스트로크 엔진(1)과 동일하기 때문에, 동일한 구성에 동일한 부호를 붙이고 있다.
분사장치(6a)에서는, 터빈(51) 내를 통과한 고온의 배기가 보조유로(682)를 통하여 도2의 펌프 실린더(632) 내에 보조가스로서 충전된다. 그리고 압축부(65)가 펌프 실린더(632) 내의 보조가스를 압축하여 압축가스를 용기(62) 내로 유입함으로써, 용기(62)로부터 압출되는 암모니아가 압축가스와 함께 연소실(20) 내로 분사된다. 이와 같이 연소실(20)로부터 배출되는 배기를 보조가스로서 이용하는 분사장치(6a)에서는, 압축가스를 더 고온이고 또한 고압으로 할 수 있어, 연소실(20) 내의 암모니아를 포함하는 가스를 용이하고 또한 더 확실하게 연소시킬 수 있다.
도4는, 2스트로크 엔진(1)의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 도4의 분사장치(6b)에서는 도1의 분사장치(6)에 있어서의 가열부(68)가 생략되고, 장치본체(61)에 접속되는 산소탱크(67)가 새롭게 설치된다. 다른 구성은 도1의 2스트로크 엔진(1)과 동일하기 때문에, 동일한 구성에 동일한 부호를 붙이고 있다.
분사장치(6b)에서는, 산소탱크(67)로부터 공급되는 산소가스가 도2의 펌프 실린더(632) 내에 보조가스로서 충전된다. 그리고 압축부(65)가 펌프 실린더(632) 내의 보조가스를 압축하여 압축가스를 용기(62) 내로 유입함으로써, 용기(62)로부터 압출되는 암모니아가 압축가스와 함께 연소실(20) 내로 분사된다. 이와 같이 산소가스를 보조가스로서 이용하는 분사장치(6a)에서는, 고온이고 또한 고압의 산소가스에 의하여 암모니아의 자연적인 착화를 촉진할 수 있어, 연소실(20) 내의 암모니아를 포함하는 가스를 용이하고 또한 더 확실하게 연소시킬 수 있다. 또 도4의 분사장치(6b)에 있어서 가열부(68)를 설치하고, 가열한 산소가스를 압축한 압축가스를 이용하여 암모니아가 분사되더라도 좋다.
이상에서는 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니라 다양한 변형이 가능하다.
상기 분사장치(6, 6a, 6b)에서는, 산소를 포함하는 보조가스를 압축한 압축가스를 이용하여 암모니아를 연소실(20) 내로 분사함으로써 연소실(20) 내의 암모니아 가스의 연소가 용이하게 이루어지지만, 2스트로크 엔진(1)의 설계에 따라서는, 산소를 포함하지 않는 보조가스(예를 들면 암모니아 가스)가 사용되더라도 좋다. 이 경우에도 압축에 의하여 고온이 된 압축가스를 이용하여 암모니아를 연소실(20) 내로 분사함으로써 연소실(20) 내에서 연소를 용이하게 발생시킬 수 있다. 또한 액상 암모니아에 석유연료 등을 혼합한 것이 용기(62) 내로 공급되어, 연소실(20) 내로 분사되더라도 좋다.
분사장치(6, 6a, 6b)에 있어서, 압축부(65)는 다른 왕복펌프(예를 들면 다이어프램 펌프(diaphragm pump)나 벨로우즈 펌프(bellows pump)) 등을 구비하는 것이더라도 좋다. 즉 압축용의 공간 내에 충전된 가스를 압축하여 압축가스를 용기(62) 내로 유입하는 압축부(65)는, 다양한 태양으로 실현할 수 있다. 또한 가열부(68)에 있어서 히터가 설치됨으로써 배기를 사용하지 않고 보조가스의 가열이 이루어져도 좋다.
상기의 실시형태에 있어서의 분사장치(6, 6a, 6b)는, 4스트로크 엔진에 사용되더라도 좋다. 또한 분사장치(6, 6a, 6b)를 구비하는 엔진은, 선박 이외에 자동차나 발전용의 원동기 등 다양한 용도로 사용되더라도 좋다.
상기의 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절하게 조합시킬 수 있어 좋다.
발명을 상세하게 묘사하여 설명하였지만, 상기의 설명은 예시적이며 한정적인 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 다수의 변형이나 태양이 가능한 것이라고 할 수 있다.
12 : 스트로크 엔진
6, 6a, 6b : 분사장치
20 : 연소실
62 : 용기
65 : 압축부
66 : 노즐
68 : 가열부
69 : 액상 암모니아 공급부

Claims (6)

  1. 엔진(engine)의 연소실 내에 암모니아(ammonia)를 분사하여 상기 연소실 내에서 연소를 발생시키는 분사장치(噴射裝置)로서,
    용기(容器)와,
    상기 용기 내에 소정량의 액상 암모니아(液狀 ammonia)를 공급하는 액상 암모니아 공급부와,
    상기 용기에 접속됨과 아울러 압축용의 공간 내에 충전(充塡)된 가스를 압축하여 압축가스를 상기 용기 내에 유입하는 압축부(壓縮部)와,
    상기 용기에 접속되어, 상기 용기 내에 대한 상기 압축가스의 유입에 의하여 상기 용기로부터 압출되는 암모니아를 상기 연소실 내로 인도하는 노즐(nozzle)을
    구비하는 분사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스가 산소를 포함하는 분사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스가 산소가스인 분사장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가스가 상기 연소실로부터 배출되는 배기(排氣)인 분사장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가스를 가열하는 가열부(加熱部)를 더 구비하는 분사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가열부에 있어서 상기 연소실로부터 배출되는 배기를 사용하여 상기 가스가 가열되는 분사장치.
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