KR20140071249A - 크로스헤드 및 증기 터빈을 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 단류 내연 엔진 - Google Patents

크로스헤드 및 증기 터빈을 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 단류 내연 엔진 Download PDF

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Abstract

크로스헤드(53)를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2행정 단류 내연 엔진은 실린더(1)로부터의 배기 가스를 수용하는 배기 가스 리시버(3)와 실린더(1)에 소기 에어를 공급하는 소기 에어 리시버(2)와 각각 연결되는 복수의 실린더(1)를 구비한다. 엔진은 소기 에어를 압축하기 위해 컴프레서(9)를 구동하는 배기 가스 구동 터빈(6)을 구비하는 터보차져(5)와, 배기 가스 리시버(3)와 터빈(6)을 연결하는 배기 가스 도관(18)과, 컴프레서(9)와 소기 에어 리시버(2)를 연결하는 소기 에어 도관(11)과 물 기반의 엔진 냉각 시스템을 구비한다. 엔진은 컴프레서(9)의 업스트림쪽에(upstream) 배열되고 엔진 냉각 시스템의 냉매로 가열되어 소기 에어를 가열하기 위한 열 교환기(14)와, 증발(evaporating) 또는 과열(superheating) 및 증발 보일러(evaporating boiler,13)를 통해 흐르는 소기 에어를 구비한 상기 소기 에어 도관(11)에 배열된 증발 또는 과열 및 증발 보일러(13)와, 증발 또는 과열 및 증발 보일러(13)에 의해 전달된 증기에 의해 작동하는 증기 터빈(37)을 더 포함한다.

Description

크로스헤드 및 증기 터빈을 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 단류 내연 엔진{A LARGE SLOW RUNNING TURBOCHARGED TWO STROKE UNIFLOW INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CROSSHEADS AND A STEAM TURBINE}
본 발명은 크로스헤드와 증기 터빈을 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 단류 내연 엔진에 관한 것이다. 또한, 발명은 크로스헤드 및 증기 터빈을 구비한 대형 저속 터보차져 내연 엔진을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 내연 엔진은 적어도 하나의 실린더와 그 안에 수용된 왕복 피스톤을 구비한 엔진들이다. 이러한 엔진들은 피스톤과 크랭크샤프트 사이에 배치된 크로스헤드를 구비한다. 연소 챔버는 피스톤과, 내부 실린더 벽 사이 및 실린더 일 단부의 실린더 커버에 의해 한정된다. 실린더 커버는 연소 챔버에서 배기 덕트 시스템으로 연소 잔여물을 배기하기 위한 제어가능하고 단속적으로 개방되는 배기 밸브를 포함한다. 이러한 엔진은 또한, 산소를 포함하는 가압된 소기 기체(scavenge air)의 개구부를 통한 도입에 의해 제1 단부를 향해 소기(scavenging) 하기 위해, 연소에 앞서 실린더의 제2 단부 근처의 연소 챔버 내에 단속적으로 설정되는(establishing) 개구부를 위한 수단을 가지며, 이러한 엔진은 연소 챔버내에서의 내부 연소를 위해 압축된 소기 기체로 연료를 분사하기 위한 수단을 가진다.
상기의 정의에 따른 엔진은 대체로 "대형 터보차져 2-행정 단류 크로스헤드 디젤 엔진"으로 불리며, 종종 복수의 직렬로 직립한 실린더들과, 하나의 크랭크샤프트 상에서 작동하는 피스톤으로 실현된다. 이러한 엔진들은 완전한 2-행정 작동 순서를 가질 수 있으며 발전소의 발전기를 구동하거나 선박의 추진을 위해 상대적으로 낮은 회전 속도에서 수 메가와트의 전력을 전달하기 위해 실린더 직경과 피스톤 행정의 물리적 크기가 큰 것이 일반적이며, 종종 집만큼 큰 크기의 엔진도 만들어진다.
이 타입 엔진들의 전체적인 에너지 효율성을 향상시키는 것은 계속되고 있는 목표이다. 전체적인 에너지 효율성을 향상시키는 한가지 방법은 엔진으로부터 폐열을 회수하고 그것을 유용한 에너지로 변환하는 것이다.
국제공개번호 WO2007/115579호는 배기 가스에서 에너지를 회수하기 위한 배기 가스 보일러와 전력 터빈(power turbine)이 제공된 대형 터보차져 디젤 엔진을 개시한다. 보일러들 중 하나는 배기 가스 리시버와 일체형일 수 있다. 터보차져 터빈의 업스트림(upstream)쪽으로 흐르는 배기 가스의 일부는 전력 터빈으로 갈라져 들어간다. 엔진은 예열 보일러(preheating boiler)를 포함하며, 이 예열 보일러는 터빈의 저압측에 위치하는 반면에 과열 보일러(superheating boiler)는 터보차져 터빈의 고압측에 배열된다. 이러한 종래 엔진의 에너지 회수 시스템은 엔진의 전체적인 에너지 효율성에 있어서 상당한 이득을 달성할 수 있으나, 보일러들 및 이 보일러들과 연결된 증기 터빈 및 배기 가스의 메인 스트림(main stream)으로부터 갈라지는 배기 가스에 의해 구동되는 전력 터빈을 포함하기 때문에 에너지 회수 시스템은 상대적으로 복잡하고 고가이다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 덜 비싸고 덜 복잡한 에너지 회수 시스템을 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 내연 엔진을 제공하는 것이다.
이 목적은 실린더로부터의 배기 가스를 수용하는 배기 가스 리시버와 실린더에 소기 에어를 공급하는 소기 에어 리시버와 각각 연결되는 복수의 실린더, 소기 에어를 가압하기 위해 컴프레서를 구동하는 배기 가스 구동 터빈을 구비하는 터보차져, 가스 리시버와 터빈을 연결하는 배기 가스 도관, 컴프레서와 소기 에어 리시버를 연결하는 소기 에어 도관, 엔진 냉각 시스템, 컴프레서의 업스트림쪽에 배열되고 엔진 냉각 시스템의 냉매로 가열되어 소기 에어를 가열하기 위한 열 교환기, 증발(evaporating) 또는 과열(superheating) 및 증발 보일러(evaporating boiler)를 통해 흐르는 소기 에어를 구비한 소기 에어 도관에 배열된 증발 또는 과열 및 증발 보일러와 이 증발 또는 과열 및 증발 보일러에 의해 전달된 증기에 의해 작동하는 증기 터빈을 포함하는, 크로스헤드를 구비한 대형 저속 밀터 실린더 터보차져 2행정 단류 내연 엔진을 제공하는 것에 의해 달성된다.
구현예에서 엔진은 재킷에 수용되는 실린더 라이너를 포함하고, 엔진 냉각 시스템은 재킷과 실린더 라이너 사이의 공간에 냉각수가 적용된 재킷 냉각 시스템을 포함하는데 재킷 냉각수는 유입되는 소기 에어를 가열하기 위해 열 교환기에 공급된 냉각수이다.
구현예에서 엔진은 터빈의 다운스트림쪽(downstream)에서 오는 배기 가스로 가열되는 증발 보일러 및/또는 과열기(super heater)를 더 포함한다.
구현예에서 증발 또는 과열 및 증발 보일러는 다단 보일러이다.
상기의 목적은 또한 실린더로부터의 배기 가스를 수용하는 배기 가스 리시버와 실린더에 소기 에어를 공급하는 소기 에어 리시버와 각각 연결되는 복수의 실린더, 소기 에어를 압축하기 위해 컴프레서를 구동하는 배기 가스 구동 터빈을 구비하는 터보차져, 배기 가스 리시버와 터빈을 연결하는 배기 가스 도관, 및 컴프레서와 소기 에어 리시버를 연결하는 소기 에어 도관을 포함하는, 크로스헤드를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2행정 단류 내연 엔진의 작동 방법을 제공하는 것에 의해 달성되며, 상기 방법은, 소기 에어의 컴프레서의 유출구에서의 온도가 증기를 발생시키기에 충분히 높은 온도가 되도록 소기 에어가 컴프레서로 들어가기 전에 소기 에어를 엔진의 폐열로 가열하는 단계, 및 압축된 소기 에어의 에너지를 사용하여 증기를 발생시키는 단계를 포함한다.
구현예에서 방법은 압축된 소기 에어의 에너지로 발생된 증기를 과열하기 위해 터빈(6)의 다운스트림쪽 배기 가스의 에너지를 사용하는 단계 및/또는 증기를 발생시키기 위해 터빈의 하류방향으로 향하는 배기 가스의 에너지를 사용하는 단계를 더 포함한다.
본 개시에 따른 엔진 및 엔진의 작동 방법의 다른 목적들, 특성들, 이점들 및 특징들은 상세한 설명에 의해 명확하게 될 것이다.
본 발명에 따르면 소기 에어가 압축되기 전에 가열하는 것에 의해, 컴프레서의 하류방향으로 향하는 에어의 에너지가 실질적으로 증가되고 압축된 소기 에어의 에너지가 증기 터빈에서 기계적인 에너지로 쉽게 변환될 수 있는 효과가 있다.
본 명세서의 하기의 상세한 설명에 있어서, 발명은 도면들에서 도시된 예시적인 구현예를 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다.
도 1은 대형 저속 엔진의 길이 단부를 도시한 도이다.
도 2는 도 1에 따른 엔진의 측면도이다.
도 3은 전통적인 대형 저속 엔진의 도식도이다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 대형 저속 엔진의 도식도이다.
도 5는 또 다른 예시적인 구현예에 따른 대형 저속 엔진의 도식도이다.
도 1 내지 4는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차져 2행정 내연 엔진의 본 발명의 형태인, 엔진의 도식도(diagrammatic representation)를 도시한다. 도 3은 전통적인 엔진을 도시한다. 도 4는 본 발명의 제1 예시적인 구현예에 따른 엔진을 도시한다. 도 1 및 2에서 도시한 관점들(views)은 전통적인 엔진과 다양한 구현예에 따른 모든 엔진들에 적용될 수 있다.
예시적인 구현예에서 엔진은 직렬로 6개의 실린더를 구비한다. 대형 터보차져 2행정 디젤 엔진들은 일반적으로 엔진 프레임(45)에 의해 지지되는, 5개에서 16개의 실린더들을 직렬로 가진다. 실린더들의 피스톤들(51)은 피스톤 로드(54)를 통해 크로스헤드(53)와 연결된다. 크로스헤드(53)는 커넥션 로드(55)에 의해 크랭크샤프트(52)와 연결된다. 엔진은 선박의 메인 엔진으로서 사용되거나 발전소의 발전기를 작동시키기 위한 정치 기관(stationary engine)으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들어, 5,000 에서 110,000 kW의 범위일 수 있다.
상기 엔진은 소기 포트(scavenge ports)를 실린더(1)의 저단부에 구비하고 실리더(1)의 상단부에 배기 밸브(4)를 구비하는 2행정 단류 타입에 속한다. 실린더 라이너(cylinder liner,27)는 단류 타입에 속하며 실린더 프레임(45)에 의해 지지된다. 실린더 라이너(27)는 일 구현예는 합금주철(alloyed cast iron)로 만들어질 수 있다. 실린더 라이너(27)의 최상단부는 바람직하게는 주철 냉각 재킷(cast iron cooling jacket,26)에 의해 둘러싸여진다. 재킷(26)과 실린더 라이너(27) 사이의 공간이 재킷 냉각수의 순환을 위해 제공된다. 재킷 쿨링 시스템은 엔진의 냉각 시스템들 중 하나이다. 실린더 라이너(27)는 실린더 윤활을 위해 소기 포트(24)와 드릴드 홀(drilled hole,미도시)을 가진다.
급기 에어(charging air)는 급기 에어 리시버(2)에서 각 실린더(1)의 소기 에어 포트(24)로 지나간다. 소기 에어 리시버(2)는 엔진 전체 길이를 따라 연장하는 대형 원통형 용기(large cylindrical vessel)이다. 소기 에어 리시버(2)는 각 실린더(1)로 들어가는 소기 에어 가스의 급격한 압력 변화(pressure surge)를 실질적으로 보상하기에 충분한 체적을 가진다. 소기 에어 리시버(1)는 별개의 부품들로 나누어질 수있다.
실린더(1)의 피스톤(51)은 급기 에어를 압축하며, 연료가 분사되고 연소가 일어나서 배기 가스가 발생된다. 배기 밸브(4)가 개방되면, 배기 가스는 해당 실린더(1)에 연결된 배기 덕트(35)를 통해 배기 가스 리시버(3)로 흐르고 배기 가스 리시버(3)로부터 터보차져(5)의 터빈(6)으로 배기 도관(18)을 통해 흐르며, 터빈(6)으로부터의 배기 가스는 저압 배기 도관(7)을 통해 흘러 나간다. 샤프트(8)를 통해, 터빈(6)은 에어 유입구(10)를 통해 소기 에어를 공급하는 컴프레서(9)를 구동한다. 컴프레서(9)는 소기 에어 리시버(2)로 이어지는 소기 에어 도관(11)으로 압축된 소기 에어를 전달한다. 단지 하나의 터보차져(5)만이 도시되었지만, 복수의 터보차져를 구비하는 엔진을 작동시키는 것도 가능함이 이해되어야 한다. 전통적으로, 대형 저속 2행정 디젤 엔진용 터보차져의 컴프레서 휠(compressor wheel)은 기계로 제작된(machined) 알루미늄 컴프레서 휠이다. 본 발명에 따른 엔진들의 컴프레서 휠이 노출되는 보다 높은 소기 에어 온도에 대항하기 위해, 컴프레서 휠은 예를 들어 고온의 소기 에어에 대항할 수 있도록 하기 위해 컴프레서 휠은 본 발명에 따른 엔진들에 기계로 제작된 스테인리스 강 또는 기계로 제작된 티타늄일 수 있다.
도관(11)에 있는 흡입 에어(intake air)는 증발 보일러(evaporating boiler,13)를 통과한 후 소기 에어를 냉각하기 위한 인터쿨러(12)를 지나 흐른다. 구현예에서 증발 보일러(13)는 증발 및 과열 보일러(evaporating and superheating boiler)일 수 있다. 전체 엔진 부하에서 소기 에어는 컴프레서를 떠나 약 280℃에서 증발 보일러(13)로 들어간다. 단(stage)의 갯수와 보일러의 압력에 따라 보일러(13)를 떠나는 소기 에어의 온도는 135에서 180℃의 범위를 가지나, 응축형 보일러가 사용되는 경우 80℃ 만큼 낮아질 수 있다. 인터쿨러(12)는 인터쿨러를 떠나는 소기 에어의 온도가 36에서 80℃ 사이의 범위, 일반적으로는 이 범위의 낮은 부분의 범위를 가지도록 보장한다.
인터쿨러(12)로부터, 소기 에어는 낮은 엔진 부하(일반적으로 약 40% MCR 아래)일때를 제외하고는, 역류방지 밸브(non-return valve,15)를 통해 소기 가스 리시버(2)로 진행한다. 이와 같은 낮은 엔진 부하에서, 터빈(9)에 의해 발생된 소기 에어 압력은 일반적으로 충분하지 않고, 따라서 이러한 낮은 엔진 부하 상태에서 기능(function)이 전환된다면, 소기 압력은 보조 블로워(auxiliary blower,16)에 의해 증가될 수 있다. 보조 블로워(16)는 전기 모터(17)에 의해 구동된다.
소기 에어 리시버(2)로부터, 소기 에어는 이러한 실린더(1)를 위해 미리 정의된 작동 순서에 따라, 전술한 소기 포트를 통해 실린더(1)의 연소 챔버로 들어간다.
연소 후, 배기 밸브(4)가 개방되면 배가 가스는 각 실린더(1)와 연결된 각 배기 덕트(35)의 위를 통해 실린더(1)의 연소 챔버를 떠나 배기 가스 리시버(3)에 도착한다. 배기 가스 리시버(3)는 엔진의 전체 길이를 따라 연장하는 대형 원통형 용기이다. 배기 가스 리시버(3)는 개별적인 실린더(1)로부터 오는 배기 가스의 압력 변화를 실질적으로 둔화시키기에 충분히 큰 체적을 가진다. 배기 가스 리시버(3)는 개별적인 부품들로 나누어질 수 있고 내부에 들어있거나 또는 엔진의 전체적인 기능을 보완하기 위한 다양한 기능적인 요소들, 즉 배기 가스로부터 유용한 열(valuable heat)을 수집하거나, 엔진의 전체적인 기능을 개선하기 위해 다양한 물질들을 추가하는 것과 같은 요소들을 포함할 수 있다.
배기 가스는 파이프(18)를 통해 배기 가스 리시버(3)를 떠나 터보차져(5)의 터빈(6)으로 흐른다. 터빈(6)의 흐름에 따라 배기 가스는 파이프(7)를 따라 폐열 회수 유닛(28)으로 흐르는 것을 지속한다. 그 후, 배기 가스는 환경, 즉 주위 대기로 나간다. 폐열 회수 유닛(28)은 터빈(6)의 저압 측면에 배열되기 때문에 상대적으로 부피가 크고 따라서 예를 들어 엔진이 추진 유닛으로 사용되는 곳의 용기 안에 회수 유닛을 위한 공간을 찾는것이 어려울 수 있다.
재킷 냉각수의 전부 또는 일부는 파이프(25) 형태의 도관에 의해 열 교환기(14)로 운송된다. 재킷 냉각수는 재킷(26)을 떠날때 일반적으로 85에서 90℃ 범위의 온도를 가진다. 재킷 냉각 시스템으로부터의 폐열은 따라서 유입되는 소기 에어의 온도를 높이는데 사용된다.
컴프레서(9)를 통과한 후 시스템의 엑서지(exergy, 사용 가능한 에너지)는 증가되고, 증발 보일러(13)에서 활용될 수 있다.
증발 보일러(13)는 오직 하나의 단(stage)을 가지거나 또는 복수의 단들을 가질 수 있다. 증발 보일러(13)로 물이 공급되고 보일러(13)를 통해 흐르는 소기 에어의 에너지는 공급된 물이 증기로 변하도록 한다. 보일러(13)는 또한 공급된 증기를 과열하는 과열구(superheating port)를 포함하도록 구성될 수 있다. 보일러(13)에 의해 공급된 증기는 도관(33)을 통해 증기 터빈(37)으로 운송된다. 증기 터빈(37)은 거기에 공급된 증기의 에너지의 대부분을 기계적인 회전 에너지로 변환한다. 본 예시적인 구현예에서 증기 터빈(37)의 출력 샤프트는 전기 발전기(38)와 결합된다. 반면에, 증기 터빈의 기계적인 회전 에너지는 펌프 또는 엔진의 블라워를 구동하는 것과 같은, 다른 목적들을 위해 사용될 수 있으며 또는 기계적인 에너지는 크랭크샤프트(52)로 전달될 수 있다.
증기 터빈(37)을 떠나는 증기는 응축기(condensor,미도시)로 운송될 수 있으며 이는 응축기의 물이 증발 보일러(13)로 되돌아오는 결과가 된다.
구현예(미도시)에서 터빈(6)을 따라 흐르는 배기 가스는 증기 보일러(13)를 통해 지나갈 수 있다.
표 1은 다양한 엔진 부하들(최대 연속 정격(maximum continuous rating)의 100%, 75%, 50%) 하에서 엔진의 다양한 위치에서의 온도, 출력, 유량 및 압력을 나타낸 표이다.
타입-정격(type-rating) 100
Std		 100
WHR		 75
Std		 75
WHR		 50
Std		 50
WHR
엔진 출력(engine power) 12700 12700 9525 9550 6350 6350 kw
주위 압력(ambient pressure) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 BAR
주위 온도(ambient temperature) 25.00 70.00 25.00 70.00 25.00 70.00 DG.C
소기 에어 양(SCAV.AIR AMOUNT) 30.59 26.09 25.14 20.86 18.76 15.85 KG/S
소기 에어 온도(SCAVENGE AIR TEMP) 37.00 37.00 37.00 37.00 37.00 37.00 DG.C
135아래
(소기 에어 80에서 135까지)		 1699 1449 1397 1159 1042 881 kw
135℃에서 180℃까지 2543 1911 2053 1633 789 1306 kw
180℃이상 2846 5518 962 3157 868 1619 kw
슈퍼(150℃) 증기 2바(bar)(2200kJ/kg) 1.16 0.87 0.93 0.74 0.36 0.59 kg/s
수퍼(250℃) 증기 7바 (2257kJ/kg) 1.26 2.44 0.43 1.40 0.38 0.72 kg/s
80-120까지 저압과 고압 예열
(Preheating low pressure and high pressure to 80-120)		 405 555 228 359 124 220 kw
℃(dg.C)
120에서 165℃까지 고저압 예열 238 461 80 264 72 135 kw
저압에서의 터빈 출력(2775kJ/kg 에서 2319kJ/kg) 527 396 426 339 164 271 kw
고압에서의 터빈 출력(2955kJ/kg 에서 2319kJ/kg) 802 1556 271 890 245 456 kw
총합(total) 1330 1952 697 1229 408 727 kw
터빈/엔진에 대한 출력비 10.5 15.4 7.3 12.9 6.4 11.5 %
컴프레서(9) 앞에서 엔진으로부터의 폐열을 가지는 소기 에어의 온도를 높이는 것에 의해 컴프레서(9)의 유출구에서의 압축된 소기 에어의 온도는 압축된 소기 에어에 의해 가열되는 보일러(13)에서 증기를 발생시키기에 충분히 높다. 액체 물에서 스팀으로의 상변화(phase change)때문에 이 에너지는 쉽고 효율적으로 기계적인 회전 출력(power)으로 변환될 수 있고, 따라서 엔진의 전체적인 연료 효율성이 증가한다. 증기 터빈(37)으로부터의 회전 에너지는 전기를 생산하는데 사용되거나 또는 다른 부하를 직접적으로 구동하는데 공급될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 구현예를 도시하며, 이는 도 1,2 및 4에서 도시된 구현예와 필수적인 부분은 동일하다. 따라서, 앞선 구현예의 설명의 대부분은 또한 본 구현예에도 적용된다. 그러나, 이 구현예에서의 보일러(13)는 3단 보일러이며, 따라서 압축된 소기 에어로부터 더 큰 에너지를 획득하는 것을 허용하고 보일러를 떠나는 소기 에어의 온도가 응축형 보일러일 때 만큼 낮은 것을 허용한다. 따라서 인터쿨러(12)의 냉각 용량이 감소될 수 있다.
보일러(13)는 또한 과열 단을 포함할 수 있다. 보일러(13)에 의해 발생된 증기는 파이프(33) 모양의 도관을 통해 집속점(collecting point,32)으로 운송된다.
본 구현예에서 폐열 회수 유닛(28)은 증발 보일러 단(evaporating boiler stage,28a)와 과열 단(superheating stage,28b)을 포함한다. 물은 증발 보일러 단(28a)에 공급되고 발생된 증기는 파이프(31) 모양의 도관을 통해 집속점(32)으로 운송된다.
집속점(32)으로부터 보일러(13)와 보일러(28a)로부터 합쳐진 증기는 과열 단(28b)을 통과한다. 그 다음 과열된 증기는 과열된 증기 에너지의 대부분이 기계적 회전 에너지로 변환되는 증기 터빈(37)으로 운송된다.
비록 구현예들이 냉매로서 물을 이용하는 재킷 냉각 시스템으로부터 폐열을 사용하는 것이 도시되었으나, 다른 냉매를 사용하는 엔진 폐열, 예를 들어 윤활유 시스템으로부터의 폐열과 같은, 엔진 폐열의 다른 형태들이 컴프레서(9)의 업스트림쪽 소기 에어의 열로 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
청구항에서 사용된 용어 "포함하는"은 다른 구성요소를 배제하지 않는다. 청구항에서 사용된 "단수" 표현은 복수를 배제하지 않는다. 하나의 프로세서, 기기 또는 다른 유닛은 청구항에서 열거된 몇가지 수단의 기능을 수행할 수 있다.
청구항에서 사용된 참조 부호는 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
비록 본 발명이 예시의 목적을 위해 상세한 설명에서 기술되었으나, 그와 같은 설명은 단지 그 목적을 위한 것으로 이해되어야 하며, 변형들이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 만들어질 수 있다.

Claims (6)

  1. 크로스헤드(53)를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2행정 단류 내연 엔진에 있어서, 상기 엔진은,
    실린더(1)로부터의 배기 가스를 수용하는 배기 가스 리시버(3)와 실린더(1)에 소기 에어를 공급하는 소기 에어 리시버(2)와 각각 연결되는 복수의 실린더(1),
    소기 에어를 압축하기 위해 컴프레서(9)를 구동하는 배기 가스 구동 터빈(6)을 구비하는 터보차져(5),
    배기 가스 리시버(3)와 상기 터빈(6)을 연결하는 배기 가스 도관(18),
    상기 컴프레서(9)와 상기 소기 에어 리시버(2)를 연결하는 소기 에어 도관(11), 및 엔진 냉각 시스템을 포함하되,
    상기 컴프레서(9)의 업스트림(upstream)에 배열되고 엔진 냉각 시스템의 냉매로 가열되어 소기 에어를 가열하기 위한 열 교환기(14),
    증발(evaporating) 또는 과열(superheating) 및 증발 보일러(evaporating boiler,13)를 통해 흐르는 소기 에어를 구비한 상기 소기 에어 도관(11)에 배열된 증발 또는 과열 및 증발 보일러(13), 및
    상기 증발 또는 과열 및 증발 보일러(13)에 의해 전달된 증기에 의해 작동하는 증기 터빈(37)을 구비한 것을 특징으로 하는 엔진.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진은 재킷(26)에 수용되는 실린더 라이너(27)를 포함하고 엔진 냉각 시스템은 재킷(26)과 실린더 라이너(27) 사이의 공간에 냉각수를 적용하는(apply) 재킷 냉각 시스템을 포함하는데, 재킷 냉각수는 유입되는 소기 에어를 가열하기 위해 상기 열 교환기(14)에 공급된 냉각수인 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    터빈(6)의 다운스트림쪽에서 오는 배기 가스로 가열되는 증발 보일러 및/또는 과열기(super heater)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    증발 또는 과열 및 증발 보일러(13,28)는 다단(multi-stage) 보일러인 것을 특징으로 하는 엔진.
  5. 실린더(1)로부터의 배기 가스를 수용하는 배기 가스 리시버(3)와 실린더(1)에 소기 에어를 공급하는 소기 에어 리시버(2)와 각각 연결되는 복수의 실린더(1),
    소기 에어를 압축하기 위해 컴프레서(9)를 구동하는 배기 가스 구동 터빈(6)을 구비하는 터보차져(5),
    배기 가스 리시버(3)와 상기 터빈(6)을 연결하는 배기 가스 도관(18), 및
    상기 컴프레서(9)와 상기 소기 에어 리시버(2)를 연결하는 소기 에어 도관(11)을 포함하는, 크로스헤드(53)를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2행정 단류 내연 엔진의 작동 방법에 있어서, 상기 방법은,
    소기 에어의 컴프레서(9)의 유출구에서의 온도가 증기를 발생시키기에 충분히 높은 온도가 되도록 소기 에어가 컴프레서(9)로 들어가기 전에 소기 에어를 엔진의 폐열로 가열하는 단계, 및
    압축된 소기 에어의 에너지를 사용하여 증기를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    압축된 소기 에어의 에너지로 발생된 증기를 과열하기 위해 터빈(6)의 다운스트림쪽 배기 가스의 에너지를 사용하는 단계 및/또는 증기를 발생시키기 위해 터빈의 다운스트림쪽 배기 가스의 에너지를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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