KR20200138395A - 고형 성분 분리기의 제어 장치, 고형 성분 분리 장치, 선박용 배기가스 스크러버 시스템, 및 선박용 디젤 엔진 - Google Patents

고형 성분 분리기의 제어 장치, 고형 성분 분리 장치, 선박용 배기가스 스크러버 시스템, 및 선박용 디젤 엔진 Download PDF

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Abstract

고형 성분 분리기로부터 고형 성분을 적절한 타이밍에 용이하게 배출시킬 수 있도록 하기 위해, 엔진(디젤 엔진(101))으로부터 배출된 고형 성분을 스크러버수에 흡수시킨 후, 원심 분리기(122)(고형 성분 분리기)에 의해 상기 스크러버수로부터 분리하고, 분리된 고형 성분을 상기 원심 분리기(122)로부터 배출하는 배출 타이밍을 제어하는 원심 분리기 제어 장치(133)(고형 성분 분리 장치)는, 디젤 엔진(101)의 출력에 따른 값에 기초하여, 상기 원심 분리기(122)로부터의 고형 성분 배출 타이밍을 결정하는 배출 타이밍 제어부를 구비한다.

Description

고형 성분 분리기의 제어 장치, 고형 성분 분리 장치, 선박용 배기가스 스크러버 시스템, 및 선박용 디젤 엔진
본 발명은, 선박용 디젤 엔진의 배기가스 중에 포함되는 SOx, NOx, 및 미연 탄소 제거 등을 위한 스크러버가 탑재되는 선박용 배기가스 스크러버 시스템, 상기 스크러버 시스템의 순환수를 청정화하기 위한 원심 분리 장치 등의 고형 성분 분리 장치, 고형 성분 분리 장치를 구성하는 고형 성분 분리기의 제어 장치, 및 선박용 디젤 엔진에 관한 것이다.
선박용 디젤 엔진 등에서는, 배기가스에 포함되는 미연소 탄소 등의 입자상 물질(고형 성분)을 제거하기 위해 배기가스 스크러버 시스템이 이용된다. 이 배기가스 스크러버 시스템에서는, 고형 성분을 제진용수인 스크러버수에 흡수시킨 후, 고형 성분 분리기에서 스크러버수로부터 분리하게 되어 있다. 고형 성분 분리기에서는, 분리된 고형 성분이 소정량 저류된 타이밍에 간헐적으로 배출된다. 상기 배출은, 고형 성분이 충분히 저류되기 전에 이루어지면, 고형 성분과 함께 배출되는 스크러버수의 양이 많아져 농축 정도가 낮아진다. 한편, 고형 성분이 지나치게 저류되면 굳어져 배출이 어려워진다.
이에, 고형 성분 분리기로부터 배출되는 스크러버수의 초기 탁도와, 상기 초기 탁도에 대응하는 변화량으로 작성된 표를 이용하여 배출 타이밍을 제어하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2017-029919호 공보
그러나, 상기와 같이 탁도를 제어에 이용한 경우, 탁도 측정기의 측정 상한값이 작은 경우 등에는 엔진 부하의 변화에 따른 고형 성분의 발생량 변화를 따라갈 수 없게 되기 쉽다. 또한, 탁도에 의해 고형 성분 분리기로부터 배출되는 고형 성분 농도를 제어하므로, 고형 성분 분리기의 분리실로부터 고형 성분이 넘친 상태에서 검지하게 되어, 간접적인 검출이 된다. 이와 같은 경우, 반드시 고형 성분 분리기로부터 적절한 타이밍에 고형 성분을 배출시키는 것이 쉽지 않다.
본 발명은, 상기의 점을 감안하여, 고형 성분 분리기로부터 고형 성분을 적절한 타이밍에 용이하게 배출시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 엔진으로부터 배출된 고형 성분을 스크러버수에 흡수시킨 후, 고형 성분 분리기에 의해 상기 스크러버수로부터 분리하고, 분리된 고형 성분을 상기 고형 성분 분리기로부터 배출하는 배출 타이밍을 제어하는 고형 성분 분리기의 제어 장치로서, 엔진 출력에 따른 값에 기초하여, 상기 고형 성분 분리기로부터의 고형 성분의 배출 타이밍을 결정하는 배출 타이밍 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 엔진의 운전 상태에 따른 타이밍에, 고형 성분 분리기에 축적된 고형 성분의 배출이 이루어진다. 이로써, 고형 성분의 농축 정도를 높게 유지함과 더불어, 용이하게 고형 성분이 지나치게 저류되지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고형 성분 분리기로부터 고형 성분을 적절한 타이밍에 배출시키기가 용이해진다.
도 1은, 배기가스 스크러버 시스템의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는, 엔진 부하와, EGR가스량 비율과, 배출 시간 간격과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 배출 타이밍 제어의 예를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태로서, 디젤 엔진의 배기가스를 제진하는 배기가스 스크러버 시스템의 예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(배기가스 스크러버 시스템의 개략 구성)
배기가스 스크러버 시스템은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 디젤 엔진(101)의 배기가스에 포함되는 미연소 탄소 등의 입자상 물질(고형 성분)을 포착하는 스크러버 장치(110)와, 상기 스크러버 장치(110) 내의 스크러버수(W)(피처리 유체)에 포착된 고형 성분을 제거하는 원심 분리기(122)(고형 성분 분리기)를 갖는 원심 분리 장치(고형 성분 분리 장치)를 구비한다.
스크러버 장치(110)는, 보다 상세하게는 스크러버(111)를 갖고, 디젤 엔진(101)으로부터 외부 배기관(103)을 통해 외부로 배기되는 배기가스의 일부가 엔진 배기관(102)을 개재하고 보내지며, 그 배기가스 중의 고형 성분을 스크러버(111) 내의 스크러버수(W)에 흡수시켜 제진하도록 구성된다. 스크러버(111) 내의 청정화된 배기가스는, 배기가스 복귀관(104)을 개재하고 디젤 엔진(101)으로 돌아올 수 있게 구성된다. 스크러버(111) 내에 저류되는 스크러버수(W)는, 순환 배관(112)을 개재하고 도시하지 않는 펌프에 의해 순환되며, 그 일부는 후술하는 바와 같이 원심 분리기(122)로 보내져 청정화된다. 순환되는 스크러버수(W)의 다른 일부는, 상기 청정화된 스크러버수(W)와 함께 스프레이 노즐(113)을 개재하고 스크러버(111) 내로 분사됨으로써, 스크러버수(W)의 고형 성분 농도의 상승이 방지되도록 구성된다.
상기 순환 배관(112)을 개재하고 순환되는 스크러버수(W)의 일부는, 유입관(121)을 개재하고 원심 분리기(122)로 보내지며, 고형 성분이 원심 분리기(122)에 의해 제거된 후, 유출관(123)을 개재하고 순환 배관(112)으로 돌아오게 구성된다. 스크러버수(W)로부터 분리, 제거된 고형 성분은, 원심 분리기 제어 장치(133)(배출 타이밍 제어부)의 제어에 의해, 후술하는 바와 같이 소정의 타이밍에 도시하지 않는 밸브 개방 등에 의해 배출되도록 구성된다.
원심 분리기 제어 장치(133)는, 디젤 엔진(101)의 엔진 부하율(엔진 출력)에 기초하여, 상기 원심 분리기(122)의 고형 성분의 배출 타이밍을 제어하게 구성된다. 상기 엔진 부하율은, 예를 들어 EGR 제어 장치(131)로부터 스크러버 제어 장치(132)를 개재하고 원심 분리기 제어 장치(133)에 주어진다.
즉, 디젤 엔진(101)으로부터 배출된 배기가스 중, 스크러버(111)로 유입되는 배기가스의 양인 EGR가스량은, 배기가스량ХEGR 비율로 나타낸다. 그리고, 엔진 부하율이 100％일 때의 EGR가스량을 기준으로, 각종 엔진 부하율일 때의 EGR가스량을 EGR가스량 비율로 하면(즉 엔진 부하율이 100％일 때의 EGR가스량 비율이 100％), 각종 엔진 부하율일 때의 EGR가스량 비율은, 예를 들어 도 2에 실측 예로 나타내는 바와 같이 변화한다. 구체적으로는, 예를 들어 엔진 부하율이 커질수록 EGR가스량 비율이 커진다고 하면, 이에 수반하여, 스크러버(111)로 유입되는 배기가스 중의 고형 성분도 많아진다. 한편, 원심 분리기(122)에 의한 고형 성분의 분리 효율은, 스크러버수(W) 중의 고형 성분 농도가 높을수록 높아진다. 따라서, 원심 분리기(122)의 고형 성분을 수용할 수 있는 슬러지 공간이 가득 찰 때까지의 시간은, 도 2에 함께 나타내는 바와 같이, 일반적으로 엔진 부하율이 클수록 짧아진다.(여기서, 엔진 부하율과 EGR가스량과의 관계는 예를 들어 실제 기기에 따라 각각 결정되며, 비례 관계나 단조증가 관계에 한정되지 않는다.)
그래서, 하기(표 1)에 나타내는 바와 같이 디젤 엔진(101)의 평균 부하율(MR)에 기초하여 결정되는 시간 간격으로 고형 성분이 배출되도록 제어함으로써, 고형 성분이 지나치게 저류되어 굳어지거나, 충분히 저류되기 전에 배출되어 농축 정도가 저하되는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 여기서, 엔진 부하율은, EGR 제어 장치가 처음에 받아들이는 경우가 많으므로, 상기와 같이 EGR 제어 장치(131)로부터 스크러버 제어 장치(132)를 개재하고 원심 분리기 제어 장치(133)에 주어지도록 구성하는 것이 비교적 용이하나, 이에 한정되지 않고, 엔진 부하율이 원심 분리기 제어 장치(133)에 주어지기만 하면 된다. 또한, 엔진 부하율이 이용되는 것에 한정되지 않고, 엔진 출력에 따른 값이 얻어진다면, 실질적으로 마찬가지 제어를 실시할 수 있다. 예를 들어, 각종 제어값이나 계측값에 기초하여, 또, EGR가스량의 계측이나 연산으로 얻어지는 EGR가스량 비율에 기초하여, 고형 성분의 배출 타이밍이 제어되도록 하여도 된다.
Figure pct00001
(제어의 구체예)
이하, 구체적인 제어의 예로, 디젤 엔진(101)이 도 3에 나타내는 바와 같은 부하율의 변화에 따라 운전된 경우의 예를 설명한다.
먼저, 디젤 엔진(101)이 시동되면, 일단, 원심 분리기(122)의 슬러지 공간에 축적된 고형 성분을 배출하는 동작이 이루어진다. 이 동작은, 반드시 필요한 것은 아니지만, 시동 초기의 슬러지 공간 내 슬러지 잔사 상태가 불분명한 경우에도, 시동 초기에 슬러지 배출 동작을 실행시킴으로써, 확실히 슬러지 공간 내에 슬러지 잔사가 없는 상태에서 운전을 개시할 수 있어, 안정된 운전으로 이어지기 쉽게 할 수 있다.
또한, 다음의 고형 성분의 배출은, 엔진 부하율 100％에서 운전된 후의 경우에 대응하는 23분 후(시간 a)에 이루어진다. 즉, 이 시점에서의 스크러버(111) 내 스크러버수(W)의 농도는 불분명하더라도, 하나 전의 타이밍 사이에서, 스크러버수(W)가 최고 농도가 되는 것이 상정되는, 엔진 부하율이 100％였다고 가정한 경우의 시간에 일단 배출함으로써, 역시 고형 성분이 지나치게 저류되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
한편, 디젤 엔진(101)의 시동 후, 엔진 부하율이, 23분 후(시간 a)에 50％가 될 때까지 서서히 증가하였다고 하면, 그 동안의 평균 부하율, 예를 들어 1분마다의 부하율의 평균값은 25％가 된다. 따라서, 다음 배출 타이밍은, 47분 후(시간 b)로 결정된다. 또한, 그 다음 (시간 b)까지의 평균 부하율이 50％라면, 다다음의 배출 타이밍은 32분 후(시간 c)로 결정된다.
이하, 마찬가지로 (시간 c)에서 (시간 j)까지, 각각, 제 1 배출 타이밍에서 다음의 제 2 배출 타이밍까지 사이의 엔진 부하율의 평균값이 산출되고, 이에 따라, 다다음의 제 3 배출 타이밍까지의 시간이 결정된다.
또한, 디젤 엔진(101)이 정지되는 때에는(시간 k), 그때까지의 엔진 부하율과는 관계 없이, 고형 성분의 배출이 이루어진다. 이 배출도 반드시 필요하지는 않지만, 원심 분리기(122)의 슬러지 공간을 비워 둠으로써, 다음 운전에 대비할 수 있다. 여기서, 이와 같은 운전 정지 시의 배출과 상기와 같은 시동 시의 배출은, 어느 한쪽만이 이루어지도록 하거나, 시동 후 첫 배출까지의 시간을, 그 전에 운전 정지하기까지의 부하 상태를 기억해 두고, 이에 기초하여 시동 후의 배출 타이밍을 결정하여도 되나, 상기와 같이 시동 시 및 정지 시 양쪽 모두 이루어지도록 하거나, 처음에는 최단 시간 간격으로 배출되도록 함으로써, 엔진 정지 중에 예기치 못한 사태가 발생한 경우 등에도 높은 안전성을 용이하게 얻을 수 있게 된다.
상기와 같이, 디젤 엔진(101)의 운전 상태에 따른 타이밍에, 원심 분리기(122)에 축적된 고형 성분의 배출이 이루어짐으로써, 필요 충분한 타이밍에 고형 성분의 배출이 용이해진다. 이로써, 고형 성분의 농축 정도를 높게 유지함과 더불어, 고형 성분이 지나치게 저류되어 굳어지거나 막혀 배출이 어려워지거나, 원심 분리기(122)에서 진동이 발생하거나 파손이 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
더욱이, 탁도계 등의 측정기 등을 필요로 하지 않는 점에서, 제조 비용을 낮게 억제하는 것도 용이해진다.
101 : 디젤 엔진
102 : 엔진 배기관
103 : 외부 배기관
104 : 배기가스 복귀관
110 : 스크러버 장치
111 : 스크러버
112 : 순환 배관
113 : 스프레이 노즐
121 : 유입관
122 : 원심 분리기
123 : 유출관
131 : EGR 제어 장치
132 : 스크러버 제어 장치
133 : 원심 분리기 제어 장치

Claims (8)

  1. 엔진으로부터 배출된 고형 성분을 스크러버수에 흡수시킨 후, 고형 성분 분리기에 의해 상기 스크러버수로부터 분리하고, 분리된 고형 성분을 상기 고형 성분 분리기로부터 배출하는 배출 타이밍을 제어하는 고형 성분 분리기의 제어 장치로서,
    엔진 출력에 따른 값에 기초하여, 상기 고형 성분 분리기로부터의 고형 성분의 배출 타이밍을 결정하는 배출 타이밍 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 고형 성분 분리기의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출 타이밍 제어부는, EGR가스량 비율에 기초하여, 상기 고형 성분 분리기로부터의 고형 성분의 배출 타이밍을 결정하는 것을 특징으로 하는 고형 성분 분리기의 제어 장치.
  3. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 배출 타이밍에서, 후속되는 제 2 배출 타이밍까지의 시간에서 소정 시간 간격마다의 엔진 출력에 따른 값의 평균값에 기초하여, 상기 제 2 배출 타이밍에서, 후속되는 제 3 배출 타이밍까지의 시간이 결정되는 것을 특징으로 하는 고형 성분 분리기의 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진의 운전 개시 시, 및 엔진의 운전 정지 시의 적어도 한쪽인 경우에, 상기 고형 성분을 배출시키는 것을 특징으로 하는 고형 성분 분리기의 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진의 운전 개시부터 첫 배출 타이밍까지의 시간은, 엔진 출력이 최고 출력인 경우에 대응하는 시간인 것을 특징으로 하는 고형 성분 분리기의 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 고형 성분 분리기의 제어 장치와,
    상기 고형 성분 분리기를 구비한 것을 특징으로 하는 고형 성분 분리 장치.
  7. 제 6 항에 기재된 고형 성분 분리 장치와,
    상기 스크러버수가 저류되는 스크러버를 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 스크러버 시스템.
  8. 제 7 항에 기재된 배기가스 스크러버 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 선박용 디젤 엔진.
KR1020207031984A 2018-06-26 2019-06-04 고형 성분 분리기의 제어 장치, 고형 성분 분리 장치, 선박용 배기가스 스크러버 시스템, 및 선박용 디젤 엔진 KR102404292B1 (ko)

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