KR20140071882A - 응축물이 제거되는 배기 가스 재순환 시스템 - Google Patents

응축물이 제거되는 배기 가스 재순환 시스템 Download PDF

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KR20140071882A
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제임스 리차드 줄로
브라이언 머피
케빈 폴 콘클
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

배기 가스 재순환을 위한 시스템은, 배기 가스를 냉각시키도록 구성된 냉각 하위시스템; 응축 제거 하위시스템; 및 온도 조정 하위시스템을 포함한다. 냉각 하위시스템은 배기 가스를 제 1 중간 온도로 냉각시키도록 구성된 제 1 냉각 구성요소 및 배기 가스를 포화 온도 미만의 온도로 냉각시키도록 구성된 제 2 냉각 구성요소을 포함할 수 있을 것이다. 응축 제거 하위시스템은 배기물로부터 응축물 및 미립자 물질을 제거하도록 구성된 미스트 제거기 및 배기 가스를 포화 온도보다 높게 재가열하는 재가열기를 포함할 수 있을 것이다.

Description

응축물이 제거되는 배기 가스 재순환 시스템{EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM WITH CONDENSATE REMOVAL}
본원 발명은 에너지국에 의해서 재정 지원된 계약 번호 DE-FC26-01CH11080 하의 정부 지원으로 만들어진 것이다. 정부는 본 발명에 특정 권리들을 갖는다.
여기에서 개시된 청구 대상은 일반적으로 배기 가스 재순환 시스템들에 관한 것이고, 그리고 보다 특히 EGR 시스템들에서 이용되는 배기 가스의 증기 함량을 제어하도록 그리고 응축물들, 증기들, 가스들, 애시(ash), 및 미립자들을 제거하도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템들에 관한 것이다 .
내연 엔진들은 연소 챔버(연소실) 내에서 산화제를 이용하여 연료를 연소시킨다. 연소에 의해서 생성된 팽창 가스가 피스톤들, 터빈 블레이드들, 또는 노즐들로 직접적으로 힘을 인가하여, 화학적 에너지를 유용한 기계적 에너지로 변환시킨다. 내연 엔진들은 종종 질소 산화물들(NOx), 탄화수소(HC), 포름알데히드(HCHO), 일산화탄소(CO), 암모니아(NH3), 미립자들의 방출물들 및 기타 방출물들을 포함하는 방출물들에 대한 엄격한 표준들을 충족시킬 것이 요구된다.
NOx 방출물들은, 장입 공기를 희석하고 연소 중에 도달되는 최대 온도를 억제하기 위한 배기 가스 재순환("EGR")을 이용함으로써 감소될 수 있을 것이다. 전형적으로, 엔진 동작에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 높은 흡기 온도들을 피하기 위해서 배기물을 냉각시킨다. 일부 경우들에서, EGR 시스템들에서 배기 가스 온도들을 냉각시키기 위한 저온 유체로서, 엔진 냉각제를 이용한다.
EGR 시스템에서 이용되는 배기 가스의 냉각에서 발생되는 문제점은, 냉각 중의 EGR 배기 가스로부터의 물 방울들의 석출(precipitation)이다. 물 방울들은 엔진 실린더 보어로부터의 오일의 보어 세정(bore washing)에 기여할 수 있고, 그에 따라 윤활을 감소시킬 수 있을 것이다. 물 방울들은 또한 터보차저 압축기 블레이드들에 대해서 부정적인 영향을 미칠 수 있을 것이다. 물은 또한 EGR 시스템 및 엔진 흡기 시스템의 부식을 촉진한다. 다른 문제는, 배기 가스 내의 수증기의 함량에 대한 제어 부족으로 인해서, 오점화(misfire)와 노킹(knok) 사이의 연소 윈도우(window) 내에서 일정하게(consistently) 동작하기 위해서 요구되는 희석량을 제어하기가 어려워질 수 있다는 것이다. 또 다른 문제는 EGR 배기 가스 내에 존재하는 애시 및 미립자들이 엔진의 마모에 기여할 수 있다는 것이다.
본 발명은 EGR 시스템들에서 이용되는 배기 가스의 증기 함량을 제어하도록 그리고 응축물들, 증기들, 가스들, 애시(ash), 및 미립자들을 제거하도록 구성된 배기 가스 재순환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
하나의 예시적인 비-제한적 실시예에 따라서, 본원 발명은 배기 가스 재순환을 위한 시스템에 관한 것으로서, 그러한 시스템은 배기 가스를 냉각시키도록 구성된 냉각 하위시스템(subsystem); 응축 제거 하위시스템; 및 온도 조정 하위시스템을 포함한다. 일부 실시예들에서, 냉각 하위시스템은 배기 가스를 포화 온도 미만으로 냉각시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 응축 제거 하위시스템은 배기물로부터 응축된 물 방울들을 제거하고 다른 배기물 성분들을 흡수 및 스크럽(scrub)하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 엔진은 내부에서 연료가 연소되어 제 1 온도의 배기 가스를 생성하는 연소 챔버; 및 상기 연소 챔버와 커플링되어 배기 가스를 수집하는 배기 시스템을 포함한다. 배기 가스 냉각 시스템이 배기 가스 온도를 포화 온도 미만으로 하강시키도록 구성될 수 있을 것이다. 응축물 제거 시스템은, 배기 가스로부터 응축물을 석출시키도록 구성된 배기 가스 냉각 시스템과 커플링될 수 있을 것이다. 흡기 시스템이 응축물 제거 시스템 및 연소 챔버와 커플링될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 배기 가스 재순환 방법이 배기 가스를 포화 온도 미만의 온도로 냉각시키는 단계; 상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계; 및 상기 배기 가스를 포화 온도보다 높은 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있을 것이다.
예로서, 발명의 특정 양태들의 원리를 설명하는 첨부 도면들과 함께, 바람직한 실시예에 관한 이하의 구체적인 설명으로부터 본원 발명의 다른 특징들 및 장점들을 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 EGR 시스템의 실시예에 따른 배열체(arrangement)의 개략도,
도 2는 EGR 시스템의 저압 실시예의 개략도,
도 3은 EGR 시스템의 고압 실시예의 개략도,
도 4는 EGR 시스템의 다른 고압 실시예의 개략도,
도 5는 EGR 시스템의 다른 고압 실시예의 개략도,
도 6은 EGR 시스템의 다른 고압 실시예의 개략도,
도 7은 EGR 시스템에서 이용될 수 있는 냉각기의 실시예의 개략도,
도 8은 EGR 시스템에서 이용될 수 있는 미스트(mist) 제거기의 실시예의 개략도,
도 9는 EGR 시스템의 실시예에 의해서 구현될 수 있는 방법을 도시한 하이 레벨 흐름도.
엔진(11)을 포함하는 EGR 시스템(9)의 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 엔진(11)은 하나 이상의 실린더들(13), 흡기 매니폴드(15) 및 배기 매니폴드(17)를 가지는 내연 기관일 수 있을 것이다. 배기 도관(19)이 배기 매니폴드에 커플링되어 배기 가스를 추출할 수 있을 것이다. 배기 가스는 가변형 배기 가스 제어 밸브(23)를 통해서 EGR 도관(21)으로 전환될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 오리피스가 가변형 배기 가스 제어 밸브(23)를 대체할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 도 5 또는 6에 도시된 바와 같이, 가변형 베인들(vanes)을 가지거나 가지지 않는 파워 터빈(82)이 가변형 배기 가스 제어 밸브(23)를 대체할 수 있을 것이다. 이어서, 배기 가스가 제 1 스테이지 냉각기(27) 및 제 2 스테이지 냉각기(29)를 가지는 냉각기 조립체(25)를 통과할 수 있을 것이다. 제 1 스테이지 냉각기(27) 및 제 2 스테이지 냉각기(29)가 열 교환기들(하나의 매체로부터 다른 매체로 열을 전달하는 장치들)일 수 있을 것이다. 예를 들어, 쉘(shell) 및 튜브 열 교환기들, 플레이트 열 교환기들, 그리고 플레이트 및 쉘 열 교환기들 등등과 같은, 냉각기로 이용될 수 있는 많은 수의 열 교환기 디자인들이 존재한다. 열 교환기의 냉각 매체가 공기와 같은 가스 또는 물과 같은 액체, 엔진 냉각제 또는 냉매를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 단일 냉각기 또는 복수 냉각기들이 이용될 수 있을 것이고, 그리고 각각의 냉각기가 단일 열 교환기 또는 복수 열 교환기들을 포함할 수 있을 것이고 또는 단일 열 교환기가 복수의 냉각기 부분들을 포함할 수 있을 것이다.
제 1 냉각제 유입유동(inflow) 포트(31) 및 제 1 냉각제 배출유동 포트(33)가 제 1 스테이지 냉각기(27)와 관련된다. 하나의 실시예에서, 제 1 냉각제 유입유동 포트(31)로 유동하는 냉각제가 엔진(11)으로부터의 자켓(jacket) 냉각제일 수 있을 것이다. 제 2 냉각제 유입유동 포트(35) 및 제 2 냉각제 배출유동 포트(37)가 제 2 스테이지 냉각기(29)와 관련된다. 하나의 실시예에서, 제 2 냉각제 유입유동 포트(35)로 유동하는 냉각제가, 40 ℃ 내지 75 ℃의 온도 또는 다른 적절한 온도로 유지될 수 있는 보조 냉각제 탱크(미도시)로부터의 냉각제일 수 있을 것이다. 제 2 스테이지 냉각기(29)는 배기 가스의 온도를 하강시키고, 그에 따라 배기 가스 오도의 적어도 일부가 포화 온도 또는 이슬점 미만의 온도로 하강되고 그에 의해서 배기물 내의 물의 적어도 일부가 액체로 응축된다. 제 2 스테이지 냉각기(29) 내의 배기 가스의 온도를 이용하여, 증기로 남아 있는 물에 대비한 응축되는 물의 백분율을 변경할 수 있을 것이다. 추가적으로, 하나 이상의 열 교환기들 내의 밸브가 열 교환기 내로의 냉각 공기 또는 액체 유량의 크기를 변화시켜 배기 가스의 온도를 조정할 수 있을 것이다. 응축물 방울들이 석출되고 그리고 배기 가스 내에 포획될 수 있을 것이다. 배기 가스로부터의 바람직한 물 응축 효율을 획득하도록, 냉각 매체 유량, 냉각 매체 온도 및 열 교환기 디자인이 선택될 수 있을 것이다.
이어서, 제 2 스테이지 냉각기(29)를 통해서 유동하는 배기 가스가 미스트 제거기(39)를 통과할 수 있을 것이고, 그러한 미스트 제거기(39)에서 배기 가스 내에 포획된 응축물 방울들이 석출될 수 있고 그리고 응축물 배출 포트(40)를 통해서 제거될 수 있을 것이다. 미스트 제거기(39)는, 배기 가스 유동을 실질적으로 방해하지 않으면서 액체를 수집하기 위해서 큰 표면적 및 작은 부피를 가지는 장치이다. 그 대신에, 원심력 미스트 제거기가 이용될 수도 있을 것이다. 미스트 제거기(39)는 미세 방울들을 수집하고 그리고 수집된 액체가 응축물 배출 포트(40)를 통해서 드레인 배출될 수 있게 한다. 미스트 제거기가 복수의 스테이지들을 가질 수 있을 것이다.
미스트 제거기의 표면에 부착되어 일시적으로 유지되는 응축물 방울들이 미스트 제거기(39)의 효율을 개선할 수 있을 것이고, 그리고 미스트 제거기(39)로 기능성을 부가할 수 있을 것이다. 일시적으로 부착된 방울들로 인해서, 미스트 제거기(39)는 그러한 미스트 제거기(39)를 통해서 슬립될 수도 있는 배기 가스로부터의 미세한 응축 방울들을 포집(capture)할 수도 있을 것이다. 또한, 일시적으로 부착된 방울들로 인해서, 미스트 제거기(39)가 스크러버 또는 흡수기로서 작용할 수 있을 것이다. 엔진 마모로 인해서 배기물 내에 존재할 수 있는 금속들에 더하여, 애시, 인(phosphorus), 황, 칼슘, 미립자들, 탄소 및 그러한 성분들을 포함하는 화합물들과 같이, 배기 가스 내에 통상적으로 존재하는 고체들 및 액체들이 일시적으로 부착된 방울들에 의해서 배기 가스로부터 포집되고 스크러빙될 수 있을 것이다. 전형적으로, 미립자들은, 연소 프로세스로부터 초래되고 그리고 오일 또는 휘발성 유기 화합물들과 같은 용해된 액체들을 포함할 수 있는 탄소계 고체들이다. 또한, 비-응축된 수증기가 응축되거나 일시적으로 부착된 방울들 내로 흡수될 수 있을 것이다. 암모니아, 포름알데히드, 벤젠, 엔진 오일, 등을 포함하는, 배기 가스 내에 존재하는 용해성 및 비-용해성 액체들이 또한 배기 가스로부터 흡수되거나 스크러빙될 수 있을 것이다. 배기물의 일부 기체 성분들, 특히 질소 산화물들, 황 산화물들, 및 탄화수소 가스들이 또한 일시적으로 부착된 방울들로 흡수될 수 있을 것이다. 스크러빙 또는 흡수를 최적화하기 위해서 일시적으로 부착된 방울들을 미스트 제거기(39) 상에서 의도적으로 유지하도록, 미스트 제거기(39)의 크기가 결정되고 그리고 구성될 수 있을 것이다. 특히, 애시 및 미립자 화합물들이 실린더들(13) 내로 유입되어 손상시키는 것을 방지하기 위해서, 애시 및 미립자 화합물들의 제거를 최적화하도록 미스트 제거기(39)가 구성될 수 있을 것이다. 여러 가지 미스트 제거기들은, 예를 들어, 큰 표면적 메시, 교번적인 베인들, 파동형 플레이트들, 원심력들, 음향(sonic) 에너지, 전자기 에너지, 또는 정전기력들을 이용하는 것과 같은 여러 기술들과 함께 동작된다. 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 임의의 장치 또는 프로세스가 이용될 수 있을 것이다.
이어서, 미스트 제거기(39)를 통해서 유동하는 배기 가스가 재가열기(41)를 통과할 수 있고, 그러한 재가열기에서 배기 가스가 포화 온도보다 높은 온도로 재가열된다. 재가열기(41)는, 재가열기 유체 유입유동 포트(43) 및 재가열기 유체 배출유동 포트(45)를 포함하는 열 교환기일 수 있을 것이다. 그 대신에, 재가열기가, 엔진 배기물로부터 가열 에너지를 수용하는 열 교환기, 전기 가열 요소 또는 마이크로파 발생기를 포함하는, 배기 가스의 온도를 상승시키기에 충분한 에너지를 배기 가스로 부여하는 임의 장치 또는 프로세스일 수 있을 것이다. 이어서, 재가열기를 통과하는 배기 가스가 엔진(11)의 흡기 매니폴드(15) 내로 다시 재순환된다.
EGR 유동 제어 밸브(47)가 재가열기(41) 이후에 EGR 도관(21)에 배치되어, 배기 가스의 유량을 제어할 수 있을 것이다. EGR 유량의 제어를 이용하여 EGR의 온도 또는 열 에너지를 제어할 수 있고, 또는 EGR이 흡기 장입물로 도입된 후의 EGR 흡기 장입물 그리고 조합된 신선 공기 및 연료의 온도를 제어할 수 있고, 또는 EGR이 도입되고 장입물이 연소된 후에 배기 가스의 온도를 제어할 수 있고, 또는 흡기 장입물 내의 신선 공기 및 연료에 대한 엔진 내로 재순환되는 EGR의 분율(fraction)을 제어할 수 있고, 또는 연소 프로세스에 대한 불활성체(inert)로서 EGR의 효율을 제어할 수 있을 것이다.
EGR 시스템(9)은 하나 이상의 EGR 우회 기구(49), 스테이지 1 기구(51), 스테이지 2 기구(53), 미스트 제거기 기구(55), 및 재가열 기구(57)(집합적으로 "기구")를 구비한다. 기구는 온도 센서들, 유량 센서들 및 압력 센서들을 포함할 수 있을 것이다.
EGR 시스템(9)은, 기구 입력들(61)을 수신하고 배기 가스 밸브 제어 출력(63) 및 EGR 유동 제어 출력(65)을 제공하는 제어 시스템(59)을 구비할 수 있을 것이다. 또한, 부가적인 기구 출력들(62)이 흡기 매니폴드(16) 또는 공기 흡기부(70)로부터 배기 가스 밸브 출력(63) 또는 EGR 유동 제어 출력(65)까지 제공될 수 있을 것이다. 제어 시스템(59)은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 제어 시스템(59)은 EGR 시스템(9)의 동작을 자동적으로 또는 연속적으로 모니터링하도록 구성될 수 있을 것이다. 제어 시스템(59)은 단독형 시스템으로서 기능할 수 있을 것이고 또는, 내연 기관 제어 또는 플랜트 제어 시스템과 같은 보다 큰 시스템의 구성요소로서 통합될 수 있을 것이다.
EGR 시스템(9)은, 공기 흡기부(69)로부터의 공기를 배기 가스와 혼합하는 공기 흡기 포트(69)를 가지는 EGR 혼합기(67)를 포함할 수 있을 것이다. 배기 가스 및 공기의 혼합물은, 배기 가스 입력 포트(75)를 통해서 제공된 배기물에 의해서 구동되는 터빈(73)을 가지는 터보차저(71)로 이송될 수 있을 것이다. 터보차저(71)는 선택적이고, 그리고 시스템이 터보차저(71) 없이 가변적인 배기 가스 제어 밸브(23) 및 EGR 유동 제어 밸브(47)를 이용하여 동작될 수 있을 것이다. 터빈은 배기 가스 및 공기의 혼합물을 압축하는 압축기(77)를 구동한다. 응축물 배출 포트(81)를 가지는 이차적인 미스트 제거기(79)가 고압 EGR 적용예들에서 선택적으로 제공될 수 있을 것이다.
동작 중에, EGR 시스템(9)은 엔진(11)의 흡기 매니폴드(15)로 제공된 수증기의 백분율을 제어하고 그리고 오점화와 노킹 사이의 보다 일정한 연소 윈도우를 유지한다. 재순환되는 배기 가스로부터 물 방울들을 제거하는 것은, 압축기 또는 애프터 쿨러(aftercooler)의 하류에 형성되는 액체 물 방울에 의해서 보어로부터 오일이 "보어 세정"되는 것을 감소 또는 방지한다. 재순환되는 배기 가스로부터 물 방울들을 제거하는 것은 방울들이 압축기로 통과되는 것을 방지하고, 그에 의해서 고속 압축기 블레이드들을 물 방울들이 타격하는 것으로 인해서 압축기 블레이드들이 손상되는 것을 방지한다. 배기 가스가 미스트 제거기(39)를 통과한 후에 배기 가스를 재가열하는 것은, 터보차저 압축기 블레이드들이 액체 물 방울 충돌에 의해서 손상되지 않도록 보장한다. EGR 시스템(9)은, 저압 EGR을 이용할 때, 압축기 내구성을 개선하고 그리고 EGR 엔진의 신뢰성 높은 동작을 가능하게 한다. EGR로부터 물 방울들을 제거하는 것은 흡기 시스템 부식을 최소화하거나 방지한다.
EGR 시스템(9)은 도 2에 도시된 저압 EGR 시스템, 도 3에 도시된 고압 EGR 시스템, 또는 도 4, 5 및 6에 도시된 예들과 함께, EGR 가스가 고압으로부터 저압으로 유동하는 임의 조합에서 구현될 수 있을 것이다. 도 5 및 6에서, 파워 터빈(82)이 이 가변 배기 가스 제어 밸브를 대체할 수 있을 것이다. 저압 EGR 시스템에서, EGR을 위한 통로가 터빈(73)의 하류로부터 압축기(77)의 상류측으로 제공된다. 고압 EGR 시스템에서, EGR이 터빈(73)의 상류로부터 압축기(77)의 하류로 통과된다.
대안적인 EGR 시스템들에서, EGR을 위한 통로는 보다 높은 배기물 압력 위치로부터 보다 낮은 유입구 압력 위치까지 경로가 정해진다.
쉘 튜브 열 교환기(91) 형태의 제 1 스테이지 냉각기(27) 및 제 2 스테이지 냉각기(29)와 같은 냉각기의 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 쉘 및 튜브 열 교환기(91)는, 하우징(93)의 대향 단부들 상에서 내부에 배치된 튜브 시트들(95)의 쌍을 가지는 하우징(93)을 포함할 수 있을 것이다. 튜브 시트들(95)은 튜브 번들(97)을 지지한다. 하우징(93)은 배기 가스 유입구 포트(99) 및 배기 가스 배출구 포트(101) 그리고 냉각제 유입구 포트(103) 및 냉각제 배출구 포트(105)를 구비한다. 또한, 평행 유동 냉각제 유동 배열이 이용될 수 있고; 여기에서 냉각제가 냉각제 유입구 포트(105)로 유입되고 그리고 배출구 포트(105)에서 빠져 나온다. 배기 가스가 배기 가스 유입구 포트(99)로 유입되고 그리고 튜브 번들(97)을 통과한다. 냉각제(또는 재가열기의 경우에 가열 유체)가 냉각제 유입구 포트(103)로 유입되고 그리고 튜브 번들(97) 주위로 유동하여 튜브 번들(97)을 통과하는 배기 가스로부터 열을 제거(또는 재가열기의 경우에 열을 부가)한다.
도 1에 도시된 EGR 시스템(9)에서 미스트 제거기(39)로서 이용될 수 있는 메시 미스트 제거기(107)의 실시예를 도 8에 도시하였다. 미스트 제거기(107)는 배기 가스 유입구 포트(111) 및 배기 가스 배출구 포트(113)를 가지는 미스트 제거기 하우징(109)을 포함한다. 미스트 제거기 하우징(109)은 또한 응축물 배출구 포트(115)를 구비한다. 미스트 제거기 하우징(109)은, 와이어 메시(119)가 상부에 배치되는 원통형 코어(117)를 지지한다. 포화된 가스가 배출구 포트 유입구 포트(111)로 유입되고 그리고 응축물이 와이어 메시(119)에 의해서 석출되고 그리고 응축물 배출구 포트(115)를 통해서 제거된다. 예를 들어, 베인 타입, 원심력 타입, 음파 타입, 전자기 타입, 배플 타입, 및 정전기 타입과 같은, 다른 타입의 미스트 제거기들(39)이 이용될 수 있을 것이다.
도 9는 본원 발명의 실시예에 따른 EGR 가스 처리 방법(125)을 도시한 프로세스 도면이다. 단계(127)에서, 상기 방법은 제 1 스테이지 냉각기(27)를 이용하여 EGR 가스를 제 1 온도로 냉각시킬 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 배기 가스가 엔진 자켓의 냉각제의 온도까지 냉각될 수 있을 것이다. 단계(129)에서, 상기 EGR 가스 처리 방법(125)은, 예를 들어, 제 2 스테이지 냉각기(29)를 이용하여, 배기 가스를 포화 온도 미만의 온도로 냉각시킬 수 있을 것이다. EGR을 포화 온도 미만의 목표 온도로 냉각시키는 것에 의해서, 배기 가스 내의 수증기의 백분율이 제어될 수 있다. 이는, 보다 낮은 온도에서 유지되는 물 공급원과 같은 보조 냉각제 공급원(미도시)와 조합하여 제 2 스테이지 냉각기(29)를 이용함으로써 달성될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 보조 물 공급원의 온도가 약 55 ℃일 수 있을 것이다. 단계(131)에서, EGR 가스 처리 방법(125)이 배기 가스로부터 물 방울들과 같은 응축물을 제거할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 이는 미스트 제거기(39)로 달성될 수 있을 것이다. 또한, 응축물의 제거는 EGR 시스템(9)의 구성요소를 손상시킬 수 있는 다른 미립자 오염물질들을 제거하는 역할을 한다. 응축물의 제거 후에, 포화된 배기 가스 혼합물이 유지된다. 단계(133)에서, EGR 가스를 처리하는 방법(125)이 배기 가스를 포화 온도보다 높은 온도로 재가열할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 재가열기(4)로 달성될 수 있을 것이고, 그러한 재가열기에서 가열 유체는 자켓 냉각 유체이다. 포화된 배기 가스의 재가열은, 액체 방울들이 압축기 블레이드들 내로 통과되지 않도록 보장한다. 단계(135)에서, EGR 가스 처리 방법(125)이 배기 가스를 공기와 혼합하여 공기 및 배기 가스 혼합물을 엔진(11)으로 제공할 수 있을 것이다.
개시된 발명은, 디젤 연료, 천연 가스 연료, 가솔린 등과 같은 탄화수소 연료들을 연소시키는 압축 점화 및 스파크 점화 엔진들과 같은 여러 가지 타입의 왕복 엔진들과 함께 이용될 수 있을 것이다. 추가적으로, EGR 시스템은 EGR 시스템으로부터의 장점을 취할 수 있는 터빈 또는 다른 타입의 연소 엔진들과 함께 이용될 수 있을 것이다.
도면들에서의 흐름도들 및 단계적 도면들은 본원 발명의 여러 실시예들에 다른 시스템들 및 방법들의 가능한 구현예들의 아키텍처, 기능성 및 동작을 설명한다. 일부 대안적인 구현예들에서, 단계로 설명된 기능들이 도면들에 설명된 순서를 벗어나서 실시될 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 예를 들어, 관련된 기능성에 따라서, 연속하여 도시된 2개의 단계들이, 사실상, 실질적으로 동시에 실행될 수 있고, 또는 그 단계들이 반대 순서로 종종 실행될 수 있을 것이다. 단계적인 도면들 및/또는 흐름도 도면의 각 단계, 및 단계적인 도면들 및/또는 흐름도 도면의 단계들의 조합이, 특정된 기능들 또는 작용들을 실시하는 특별한 목적의 하드웨어-기반의 시스템들, 또는 특별한 목적의 하드웨어 및 컴퓨터 지시어들의 조합들에 의해서 구현될 수 있을 것이다.
여기에서 사용된 용어는 단지 특별한 실시예들의 설명 목적을 위한 것이고 그리고 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 용어들의 규정이 일반적으로 이용되는 용어의 의미를 벗어나는 경우에, 특별한 언급이 없다면, 출원인은 이하에서 제공된 규정들을 이용하고자 한다. 여기에서, 특별한 다른 언급이 없다면, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 복수의 형태들도 포함하도록 의도된다. "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는, 본원 명세서에서 사용될 때, 언급된 수치들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하나, 다른 수치들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들 및/또는 그 그룹들의 존재나 추가를 배제하는 것이 아님을 추가적으로 이해할 수 있을 것이다. 비록 제 1, 제 2, 등의 용어들이 여러 요소들을 설명하기 위해서 여기에서 사용되었지만, 그러한 요소들은 그 용어들에 의해서 제한되지 않아야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 용어들은 단지 하나의 요소를 다른 요소로부터 구분하기 위해서 사용된 것이다. 예를 들어, 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않고도, 제 1 요소가 제 2 요소로 명명될 수 있을 것이고, 그리고, 유사하게, 제 2 요소가 제 1 요소로서 명명될 수 있을 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는, 연관된 나열 항목들 중 임의의 하나 및 전부, 그 항목들 중 하나 이상의 조합들을 포함한다. 여기에서 사용된 바와 같이, 명세서 및 청구항들에서 사용된 바와 같은 "~에 커플링된" 및 "~와 커플링된"이라는 문구는 직접적인 또는 간접적인 커플링을 의미한다.
이러한 설명은, 발명을 개시하기 위해서, 그리고 또한 임의의 장치들 또는 시스템의 제조 및 이용과 임의의 포함된 방법들의 실시를 포함하여 당업자가 발명을 실시할 수 있게 하기 위해서, 최적 모드를 포함하는 예들을 이용한다. 발명의 특허받을 수 있는 범위는 청구항들에 의해서 규정되고, 그리고 당업자들이 안출할 수 있는 다른 예들을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 다른 예들이 청구항들의 문헌적 언어와 상이하지 않은 구성 요소들을 가지는 경우에, 또는 청구항들의 문헌적 언어들과 실질적으로 상이하지 않은 균등한 구성 요소들을 포함하는 경우에, 그러한 다른 예들은 청구항들의 범위에 포함될 것이다.
9 : EGR 시스템 11 : 엔진
13 : 실린더 15 : 흡기 매니폴드
17 : 배기 매니폴드 19 : 배기 도관
23 : 가변형 배기 가스 제어 밸브 21 : EGR 도관

Claims (28)

  1. 배기 가스를 재순환하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 배기 가스를 냉각시키도록 구성된 냉각 하위시스템과,
    응축 제거 하위시스템과,
    온도 조정 하위시스템을 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 하위시스템은 상기 배기 가스를 포화 온도 미만으로 냉각시키도록 구성되는
    배기 가스 재순환 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조정 하위시스템은 상기 배기 가스의 온도를 포화 온도보다 높게 상승시키도록 구성되는
    배기 가스 재순환 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 하위시스템은 상기 배기 가스를 제 1 중간 온도로 냉각시키도록 구성된 제 1 냉각 구성요소 및 상기 배기 가스를 포화 온도 미만의 온도로 냉각시키도록 구성된 제 2 냉각 구성요소를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 하위시스템은 열 교환기를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 쉘 및 튜브 열 교환기, 플레이트 열 교환기, 플레이트 및 쉘 열 교환기, 및 플레이트 핀(fin) 열 교환기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 열 교환기를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축 제거 하위시스템은 상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하도록 구성된 미스트 제거기를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축 제거 하위시스템은 흡수기로서 작용하도록 구성된 미스트 제거기를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축 제거 하위시스템은 스크러버로서 작용하도록 구성된 미스트 제거기를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 응축 제거 하위시스템은 상기 미스트 제거기로부터 응축물을 제거하기 위한 도관을 더 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 응축물은 물, 용해된 유기 화합물 및 고체 입자의 혼합물을 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 미스트 제거기는 메시 타입, 베인 타입, 원심력 타입, 음파 타입, 전자기 타입, 배플 타입, 및 정전기 타입으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 미스트 제거기를 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도관 상에 배치된 밸브를 더 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 밸브를 제어하기 위한 제어 하위시스템을 더 포함하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  15. 엔진에 있어서,
    연료를 연소하여 제 1 온도의 배기 가스를 생성하는 연소 챔버와,
    상기 연소 챔버와 커플링되고 상기 배기 가스를 수집하는 배기 시스템과,
    배기 가스 온도를 포화 온도 미만으로 하강시키도록 구성된 배기 가스 냉각 시스템과,
    상기 배기 가스 냉각 시스템과 커플링되고, 상기 배기 가스로부터 응축물을 석출시키도록 구성된 응축물 제거 시스템과,
    상기 응축물 제거 시스템 및 상기 연소 챔버와 커플링된 흡기 시스템을 포함하는
    엔진.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배기 가스 냉각 시스템은,
    배기 가스를 제 1 온도로 냉각시키도록 구성된 제 1 냉각기와,
    배기 가스를 포화 온도 미만으로 냉각시키도록 구성된 제 2 냉각기를 포함하는
    엔진.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 응축물 제거 시스템은 미스트 제거기를 포함하는
    엔진.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 미스트 제거기와 커플링되고, 물 및 미립자 물질을 제거하도록 구성된 도관을 더 포함하는
    엔진.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 배기 가스를 상기 포화 온도보다 높은 온도로 재가열하도록 구성된 배기 가스 재가열 시스템을 더 포함하는
    엔진.
  20. 배기 가스를 재순환하기 위한 방법에 있어서,
    배기 가스를 포화 온도 미만의 온도로 냉각시키는 단계와,
    상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계와,
    상기 배기 가스를 포화 온도보다 높은 온도로 가열하는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스를 포화 온도 미만의 온도로 냉각시키는 단계는,
    상기 배기 가스를 제 1 중간 온도로 냉각시키는 단계와,
    상기 배기 가스를 증기 포화 온도 미만의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계는 응축물 및 미립자를 제거하기 위한 미스트 제거기를 통해 상기 배기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스를 포화 온도보다 높은 온도로 가열하는 단계는 상기 배기 가스를 증기 포화 온도보다 높게 재가열하도록 구성된 열 교환기를 통해서 상기 배기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스의 질량 유량을 제어하는 단계를 더 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계는 응축물 방울 및 상기 응축물 방울에 부착된 고체를 제거하는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계는 응축물 방울 및 상기 응축물 방울에 부착된 액체를 제거하는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계는 응축물 방울 및 상기 응축물 방울 내에 용해된 액체를 제거하는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 배기 가스로부터 응축물을 제거하는 단계는 응축물 방울 및 상기 응축물 방울 내로 흡수된 기체 성분을 제거하는 단계를 포함하는
    배기 가스 재순환 방법.
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