KR20210002199U - 종방향 소기식 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치 및 종방향 소기식 대형 엔진 - Google Patents

종방향 소기식 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치 및 종방향 소기식 대형 엔진 Download PDF

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울리히 스타이거
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빈터투르 가스 앤 디젤 아게
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Abstract

종방향 소기식(scavenged) 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치가 제안되며, 이 장치는, 터보 과급기(3)로부터 배기 가스가 공급될 수 있는 배기 관(6), 및 배기 가스를 에너지 회수 유닛(5)에 재순환시키기 위한 재순환 관(7)을 가지며, 재순환 관(7)은 중심 축선(M)을 가지며 또한 배기 관(6) 안으로 개방되어 있고, 제 1 회전 축선(D1)을 중심으로 회전 가능한 제 1 밸브 본체(8)가 재순환 관(7)에서의 자유 유동 단면을 변화시키기 위해 그 재순환 관(7)에 제공되어 있고, 또한 제 2 회전 축선(D2)을 중심으로 회전 가능한 제 2 밸브 본체(9)가 배기 가스의 일부분을 재순환 관(7) 안으로 보내기 위해 배기 관(6)에 배치되어 있으며, 제 1 회전 축선(D1)과 제 2 회전 축선(D2) 각각은 재순환 관(7)의 중심 축선에 각각 수직이고, 제 1 밸브 본체(8)와 제 2 밸브 본체(9)는 관절식 연결부(10)를 통해 서로에 연결되고, 그래서, 제 1 밸브 본체(8)의 회전에 의해 제 2 밸브 본체(9)가 회전된다. 또한, 그러한 장치를 갖는 종방향 소기식 대형 엔진이 제안된다.

Description

종방향 소기식 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치 및 종방향 소기식 대형 엔진{A DEVICE FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION IN A LONGITUDINALLY SCAVENGED LARGE ENGINE AND A LONGITUDINALLY SCAVENGED LARGE ENGINE}
본 고안은, 각 카테고리의 독립 청구항의 전제부에 따른, 종방향 소기식(scavenged) 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치, 및 종방향 소기식 대형 엔진에 관한 것이다.
2-행정 또는 4-행정 엔진, 예컨대 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있는 대형 엔진이, 선박을 위한 구동 유닛으로서, 또는 심지어 예컨대 전기 에너지를 생성하기 위한 대형 발전기를 구동시키기 위해 정치식 작동에서 구동 유닛으로서 종종 사용된다. 엔진은 통상적으로 상당한 기간 동안 연속적인 작동으로 가동되며, 이에 따라 작동 안전성 및 가용성에 대해 높은 요건이 부과된다. 따라서, 작동 재료의 특히 긴 유지보수 간격, 낮은 마모 및 경제적인 취급이 작동자에게는 주요한 기준이다. 대형 엔진은 일반적으로 적어도 200 mm의 내경(보어)을 갖는 실린더를 가지고 있다. 오늘날 최대 960 mm 또는 심지어 그 이상의 보어를 갖는 대형 엔진이 사용된다.
수년 동안, 배기 가스의 에너지 효율 및 질, 특히 배기 가스 내의 질소 산화물 농도 또는 황 함량이, 중요성이 커지고 있는 다른 중요한 문제가 되고 있다. 여기서, 대응하는 배출 임계에 대한 법적 요건 및 한계 값은 점점더 강화되고 있다. 따라서, 특히 2-행정 대형 디젤 엔진에서, 전통적인 중(heavy) 연료 오일(오염물질로 크게 오염됨)의 연소 및 디젤 오일 또는 다른 연료의 연소가 더 문제가 되고 있는데, 왜냐하면, 배출 임계의 준수가 점점더 어려워지고 있고, 기술적으로 더 복잡하고 또한 그래서 비용이 더 많이 들기 때문이다.
경제적이고 효율적인 작동, 배기 배출 임계의 준수 및 자원의 이용 가능성과 관련하여, 전통적으로 대형 엔진용 연료로 사용되는 중 연료 오일에 대한 대체물이 추구되고 있다. 이에 대해, 액체 연료, 즉 액체 상태로 연소실 안으로 도입되는 연료, 및 기체 연료, 즉 기체 상태로 연소실 안으로 도입되는 연료 둘 다가 사용된다.
중 연료 오일에 대한 알려져 있는 대체물로서 액체 연료의 예를 들면, 특히 석유 정제 후에 남는 다른 중 탄화수소, 알코올, 특히, 메탄올 또는 에탄올, 가솔린, 디젤 또는 또한 에멀젼 또는 현탁물(suspension)이 있다. 예컨대, MSAR(Multiphase Superfine Atomized Residue)로 알려져 있는 에멀젼을 연료로 사용하는 것이 알려져 있다. 이것들은 본질적으로 중 탄화수소, 예컨대, 역청(bitumen), 중 연료 오일 등 및 물의 에멀젼이며, 이는 특수한 과정에서 생성된다. 잘 알려져 있는 현탁물은 석탄 가루와 물의 현탁물이며, 이 현탁물은 대형 엔진용 연료로서도 사용된다. LNG(액화 천연 가스)와 같은 천연 가스가 기체 연료로 알려져 있다.
순수하게 중 연료 오일로 작동하는 것에 대한 다른 잘 알려져 있는 대안은, 대형 엔진이 2개 이상의 상이한 연료로 작동될 수 있도록 대형 엔진을 설계하는 것이며, 이 경우, 작동 상황 또는 주변 환경에 따라서, 엔진은 한 연료 또는 다른 연료로 작동된다. 그러한 대형 엔진(다중 연료 대형 엔진이라고도 함)은 작동 중에 제 1 모드(제 1 연료가 연소됨)로부터 제 2 모드(제 2 연료가 연소됨)로 또한 그 반대로 전환될 수 있다.
2개의 상이한 연료로 작동될 수 있는 대형 엔진의 한 공지된 설계는, 오늘날 "이중 연료 엔진" 이라는 용어가 사용되는 유형의 엔진이다. 이들 엔진은, 한편으로, 기체 연료, 예컨대 천연 가스 또는 메탄이 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 가스 모드, 및 다른 한편으로, 중 연료 오일 또는 다른 액체 연료와 같은 액체 연료가 동일한 엔진에서 연소될 수 있는 액체 모드로 작동될 수 있다. 이들 대형 엔진은 2-행정 및 4-행정 엔진 둘 다 일 수 있고, 특히 또한 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진일 수 있다.
2개의 상이한 액체 연료로 작동될 수 있는 그러한 대형 엔진도 알려져 있는데, 그리하여, 통상적으로 두 연료가 이용 가능하며, 그래서 엔진은 작동 중에 제 1 연료 또는 제 2 연료로 작동될 수 있다.
적어도 2개의 또는 심지어 그 보다 많은 상이한 액체 또는 기체 연료로 작동될 수 있는 대형 엔진은, 현재 사용되고 있는 연료에 따라 연료에 따라 종종 상이한 작동 모드로 작동된다. 종종 디젤 작동이라고 하는 작동 모드에서, 연료의 연소는 통상적으로 연료의 압축 점화 또는 자기 점화의 원리에 따라 일어난다. 오토 작동이라고 하는 모드에서는, 연소는 점화 가능한 연료-공기 혼합물의 스파크 점화를 통해 일어난다. 이 스파크 점화는 예컨대 전기 스파크에 의해, 예컨대, 스파크 플러그로, 또는 분사된 소량의 연료의 자기 점화(이는 다른 연료의 스파크 점화를 일으킬 수 있음)에 의해 일어날 수 있다. 예컨대, 위에서 언급된 이중 연료 엔진의 경우, 가스 모드에서는, 기체 상태의 가스가 소기 공기와 혼합되어, 실린더의 연소실에서 점화 가능한 혼합물을 생성하는 것으로 알려져 있다. 이 저압 과정에서, 실린더에서 혼합물의 점화는 통상적으로 소량의 액체 연료을 정확한 순간에 실린더의 연소실 안으로 또는 예연소실 안으로 분사하여 일어나고, 그리하여 공기-가스 혼합물의 점화가 일어나게 된다.
또한, 오토 작동과 디젤 작동의 혼합 형태도 알려져 있다.
오늘날, 대형 엔진에서는 최고의 가능한 에너지 효율을 얻는 것이 목표이다. 이를 위해, 많은 상이한 방안이 알려져 있다. 예컨대, 연소 과정에서 생긴 배기 가스로부터 가능한 한 많은 에너지를 추출하고자 하며, 그래서 이 에너지는 사용되지 않고 예컨대 열의 형태로 주변 환경에 방출되지 않는다. 예컨대, 이중 연료 대형 엔진에서는, 동적 연소 제어(DCO)를 수행하는 것이 알려져 있다. 여기서, 현재 사용되고 있는 연료 및 엔진이 작동되는 현재 부하에 따라, 터보 과급기의 터빈에서 나오는 배기 가스의 일부분은, 배기 가스에 여전히 포함되어 있는 열 에너지를 사용하기 위해, 에너지 회수 유닛, 예컨대, 열 교한기에 공급된다.
이와 관련하여, 열 교환기에서 배기 가스로부터 에너지(나중에 사용될 수 있음)를 추출하기 위해 터보 과급기에서 나오는 배기 관에서 나온 배기 가스의 일부분을 대형 디젤 엔진의 배출부 또는 침니(chimney)에 재순환시키는 것이 알려져 있다. 그리고, 배압 밸브가 배기 관에 제공되는데, 이 밸브는 터보 과급기에서 나오는 배기 관 내의 압력을 증가시킬 수 있으며 그리고 배기 가스의 일부분을 재순환 관 안으로 보내며, 이 재순환 관은 배기 가스를 에너지 회수 유닛, 예컨대, 열 교환기에 공급하게 된다. 이를 위해, 2개의 밸브가 필요한데, 즉, 재순환 관에 있고 통상적으로 차단 밸브로 설계되는, 예컨대, 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전환될 수 있는 제 1 밸브, 및 배기 관에 제공되고 통상적으로 배압 밸브(BPV)라고 하는 제 2 밸브가 필요하다. 배기 관으로부터 재순환 관 안으로 보내지는 배기 가스의 일부분은 이 밸브로 조정될 수 있다.
이러한 최신 기술에서 출발하여, 본 고안의 목적은, 터보 과급기로부터 유출되는 배기 가스의 적어도 일부분을 에너지 회수 시스템에 쉽게 공급할 수 있는, 종방향 소기식 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치를 제안하는 것이다. 또한, 본 고안의 목적은, 그러한 장치를 포함하는 종방향 소기식 대형 엔진을 제안하는 것이다.
이들 목적을 만족하는 본 고안의 주제는 독립 특허 청구항의 특징적 사항을 특징으로 한다.
본 고안에 따르면, 종방향 소기식(scavenged) 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치가 제안되며, 이 장치는 터보 과급기로부터 배기 가스가 공급될 수 있는 배기 관, 및 상기 배기 가스를 에너지 회수 유닛에 재순환시키기 위한 재순환 관을 가지며, 재순환 관은 중심 축선을 가지며 또한 상기 배기 관 안으로 개방되어 있고, 제 1 회전 축선을 중심으로 회전 가능한 제 1 밸브 본체가 재순환 관에서의 자유 유동 단면을 변화시키기 위해 그 재순환 관에 제공되어 있고, 또한 제 2 회전 축선을 중심으로 회전 가능한 제 2 밸브 본체가 배기 가스의 일부분을 재순환 관 안으로 보내기 위해 배기 관에 배치되어 있으며, 상기 제 1 회전 축선과 제 2 회전 축선 각각은 재순환 관의 중심 축선에 각각 수직이고, 제 1 밸브 본체와 제 2 밸브 본체는 관절식 연결부를 통해 서로에 연결되고, 그래서, 제 1 밸브 본체의 회전에 의해 제 2 밸브 본체가 회전된다.
본 고안에 따른 장치로 인해, 특히 간단한 방법으로, 터보 과급기로부터 유출되는 배기 가스의 일부분을 에너지 회수 유닛에 공급할 수 있다. 두 밸브 본체 사이의 관절식 연결로 인해, 두 밸브를 작동시키기거나 그의 위치를 변화시키는 구동기만 필요하다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 제 1 밸브 본체 및 제 2 밸브 본체 각각은 원형 디스크형 플랩으로 설계되며, 이들 플랩은 상기 제 1 회전 축선 및 제 2 회전 축선에 대해 각각 대칭적으로 배치된다. 이는 두 밸브 본체를 설계하는 구조적으로 특히 간단한 방법이다.
바람직하게는, 제 2 밸브 본체는 배기 관의 내경 보다 작은 직경을 갖는다. 이러한 사실 및 각 경우에 재순환 관의 중심 축선에 수직인 밸브 위치로 인해, 특히 사고의 경우에 제 2 밸브 본체는 배기 관을 결코 완전히 폐쇄하지 못한다. 이는 배기 관의 파괴를 방지한디. 따라서, 제 2 밸브 본체가 배기 관에서의 자유 유동 단면을 완전히 폐쇄할 수 있음이 없이, 배기 관 내의 동적 압력이 제 2 밸브 본체에 의해 조정될 수 있다.
또한, 제 1 밸브 본체는 재순환 관의 내경과 실질적으로 같은 직경을 가지는 것이 바람직하고, 그래서 제 1 밸브 본체는 재순환 관을 폐쇄할 수 있다. 제 2 밸브 본체는 바람직하게는 차단 밸브로서 기능하고, 이 밸브는, 개방 위치에서, 재순환 관을 통과하는 유동을 열고, 폐쇄 위치에서는, 재순환 관을 통과하는 유동을 차단한다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 제 1 밸브 본체를 제 1 회전 축선을 중심으로 회전시키는 구동기가 제공되어 있다. 제 1 밸브 본체가 회전될 때, 제 2 밸브 본체는 불가피하게 관절식 연결부를 통해 회전된다.
바람직한 실시 형태에서, 관절식 연결부는, 상기 제 1 밸브 본체에 관절식으로 연결되는 제 1 강성 요소, 및 상기 제 2 밸브 본체에 관절식으로 연결되는 제 2 강성 요소, 및 연결 요소를 포함하고, 이 연결 요소는, 한편으로, 제 1 요소에 관절식으로 연결되고, 다른 한편으로는, 제 2 요소에 관절식으로 연결된다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 관절식 연결부는 조정 장치를 포함하고, 상기 제 1 밸브 본체가 회전되는 고정된 제 1 회전 각도에서, 상기 제 2 밸브 본체가 회전되는 제 1 회전 각도가 상기 조정 장치에 의해 변화될 수 있다. 이는, 2개의 밸브 본체를 작동시키기 위해서는 단지 하나의 구동기만 필요하고 동시에 제 2 회전 각도는 제 1 회전 각도를 변화시킴이 없이 변화될 수 있음을 의미한다. 따라서, 제 1 밸브 본체는 예컨대 온-오프 밸브로 설계될 수 있고, 제 2 밸브 본체는 대형 엔진의 작동 조건에 따라 상이한 회전 각도로 조정될 수 있다.
조정 장치는 바람직하게는 선형 모터를 포함한다. 예컨대 연결 요소의 길이는 이 모터에 의해 변화될 수 있다.
또한, 터보 과급기를 포함하는 종방향 소기식 대형 엔진이 본 고안에 의해 제공되며, 그 터보 과급기의 하류에는 배기 가스 재순환 장치가 제공되고, 이 배기 가스 재순환 장치는 본 고안에 따라 설계된다.
바람직하게는, 대형 엔진은 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계된다.
특히 바람직하게는, 대형 엔진은, 액체 연료가 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 액체 모드로 작동될 수 있고 또한 연료로서 가스가 연소실 안으로 도입되는 가스 모드로 더 작동될 수 있는 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계된다.
본 고안의 추가의 유리한 방안 및 실시 형태는 종속 청구항에서 알 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 고안을 실시 형태에 기초하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 배기 가스 재순환 장치의 실시 형태를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 2개의 밸브 본체를 나타낸 것으로, 제 1 밸브 본체는 개방 위치에 있다.
도 3은 2개의 밸브 본체를 나타낸 것으로, 제 1 밸브 본체는 폐쇄 위치에 있다.
도 1은 종방향 소기식 엔진에 있는 본 고안에 따른 배기 가스 재순환 장치의 실시 형태를 개략적으로 나타낸 것으로, 이 장치는 전체적으로 참조 번호 "1" 로 나타나 있다.
대형 엔진은 적어도 하나의, 통상적으로 여러 개의 실린더를 포함하고, 이 실린더 안에서 연소 과정이 일어난다.
"대형 엔진" 이라는 용어는, 통상적으로, 선박을 위한 주 구동 유닛으로서, 또는 예컨대 전기 에너지를 생성하기 위한 대형 발전기를 구동시키기 위해 정치식 작동에서 주 구동 유닛으로서 사용되는 엔진을 말한다. 전형적으로, 대형 엔진의 실린더 각각은 적어도 약 200 mm의 내경(보어)을 갖는다.
대형 엔진은 4-행정 또는 2-행정 엔진으로 설계될 수 있다. 특히, 대형 엔진은 대형 디젤 엔진, 특히, 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있다. "대형 디젤 엔진" 이라는 용어는, 디젤 작동으로 작동될 수 있는 엔진을 말한다. 이상적인 한계 경우에, 디젤 작동은 일정 압력 과정(일정 압력 연소)인데, 이 과정은 확산 연소에 기반한다. 디젤 작동에서, 연료의 연소는 통상적으로 자기 점화의 원리에 따라 일어난다. 본 출원에서, "대형 디젤 엔진" 이라는 용어는, 디젤 작동에 추가로, 대안적으로 오토(Otto) 작동으로도 작동될 수 있는 엔진을 말한다. 이상적인 한계 경우에, 오토 작동은 일정 부피 과정(일정 부피 연소)이며, 이 과정에서 연소는 전형적으로 연료의 스파크 점화의 원리에 따라 일어난다. 또한, 대형 디젤 엔진은 디젤 작동과 오토 작동의 혼합 형태로 작동될 수도 있다.
또한, "스파크 점화 연로" 라는 용어는, 스파크 점화에 의해 실린더에서 연소되는, 즉 자기(self) 점화를 방지하도록 되어 있는 연료를 말한다. 이와는 달리, "자기 점화 연료"는, 자기 점화로 실린더에서 연소되는 연료, 즉, 예컨대 중(heavy) 연료 오일 또는 디젤 연료를 말한다.
"액체 연료"는, 액체 상태로 실린더 안으로 도입되는 연료를 말한다. "기체 연료"는, 기체 상태로 실린더 안으로 도입되는 연료를 말한다.
본 고안에 대한 이하의 설명에서, 실용상 중요한 대형 디젤 엔진의 경우를 예시적으로 참조하며, 그 엔진은 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계되어 있고 또한 선박의 주 구동 유닛으로서 사용된다. 그러나, 이 대형 디젤 엔진은, 2개의 서로 다른 연료, 예컨대, 중 연료 오일과 같은 액체 연료 및 천연 가스와 같은 기체 연료로 작동될 수 있도록 반드시 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계될 필요는 없다. 이중 연료 대형 디젤 엔진은 작동 중에 제 1 연료의 연소로부터 제 2 연료의 연소로 또한 그 반대로 전환될 수 있다.
본 고안은 이러한 종류의 대형 디젤 엔진 및 이 사용에 한정되지 않지만 일반적으로 대형 엔진을 말하는 것임을 이해할 것이다. 따라서, 대형 엔진은 중 연료 오일, 선박 디젤 또는 디젤과 같은 단일 연료만을 연소하도록 설계될 수 있다. 또한, 대형 엔진은 다중 연료 대형 엔진으로 설계될 수 있는데, 이 엔진은 제 1 연료, 및 제 1 연료와는 다른 적어도 하나의 제 2 연료로 작동될 수 있다. 물론, 대형 엔진은 2개 보다 많은 연료를 연소하도록 설계될 수 있다.
피스톤이 각 경우에 대형 디젤 엔진의 각 실린더 안에 제공되고, 피스톤은 상측 반환점과 하측 반환점 사이에서 실린더의 축선 방향으로 앞뒤로 이동 가능하도록 배치되며, 피스톤의 상측면은 실린더 커버와 함께 연소실을 한정한다.
피스톤은 그 자체 알려져 있는 방식으로 피스톤 로드를 통해 크로스헤드에 연결되며, 크로스헤드는 푸시 로드를 통해 크랭크축에 연결되며, 그래서 피스톤의 운동이 피스톤 로드, 크로스헤드 및 푸시 로드를 통해 크랭크축에 전달되어 그 크랭크축을 회전시킨다.
연료는 적어도 하나의 분사 노즐에 의해 연소실 안으로 분사될 수 있다. 물론, 연료를 연소실 안으로 분사하기 위한 여러 개의 분사 노즐이 각 실린더에 제공될 수 있다. 대형 엔진이 서로 다른 연료로 작동될 수 있으면, 상이한 분사 노즐 또는 분사 장치가 상이한 연료를 위해 제공될 수 있다.
통상적으로 실린더 커버의 중심에 배치되는 출구 밸브가 제공되며, 연소 과정 후에 그 출구 밸브를 통해 연소 가스가 실린더로부터 배기 가스 수집 관(2)(도 1) 안으로 배출될 수 있다.
대형 디젤 엔진의 추가 구조 및 개별 부품, 예컨대, 분사 시스템, 가스 교환 시스템, 배기 가스 시스템 또는 소기 공기 또는 과급 공기를 제공하기 위한 터보 과급기 시스템 및 대형 디젤 엔진을 위한 제어/조절 시스템에 대한 상세점들은, 2-행정 엔진으로서의 설계와 4-행정 엔진으로서의 설계 모두에 대해 당업자에게 잘 알려져 있고, 그래서 여기서는 추가의 설명은 필요 없다.
배기 가스는 그 자체 알려져 있는 방식으로 터보 과급기(3)에 공급되고, 이 과급기는 압축기(31) 및 터빈(32)을 포함한다. 추가로, 터보 과급기(3)의 상류 또는 하류에는, 촉매 컨버터와 같은 배기 가스 정화 시스템이 제공될 수 있다.
고온의 배기 가스는 배기 가스 수집 관(2)으로부터 터보 과급기(3)의 터빈(32)에 공급되고, 그 터빈은 압축기(31)를 구동시키고, 이 압축기는 공기를 과급 공기 압력으로 압축하여 이 과급 공기를 흡기 수용부(4)에 제공하고, 이 수용부로부터 소기 또는 과급 공기가 실린더 안으로 도입된다. 과급 공기 냉각기(나타나 있지 않음)와 같은 추가 장치가 압축기(31)와 흡기 수용부 사이에 제공될 수 있다.
여기서 설명되는 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진의 실시 형태에서, 예컨대 소기 공기 슬롯으로서 설계되는 소기 공기 개구가 통상적으로 각 실린더 또는 실린더 라이너의 하측 영역에 제공되어 있어 소기 공기를 실린더 안으로 공급하게 되며, 소기 공기 개구는 실린더 내에서의 피스톤의 이동에 의해 주기적으로 폐쇄 및 개방되고, 그래서, 과급 압력 하에서 터보 과급기(3)에 의해 흡기 수용부(4)에제공되는 소기 공기는, 소기 공기 슬롯이 개방되어 있는 한, 그 소기 공기 슬롯을 통해 각 실린더 안으로 유입할 수 있다.
현대의 대형 디젤 엔진에서, 제어 및 조절 시스템은 전자 시스템인데, 이 시스템으로 통상적으로 모든 엔진 또는 실린더가 기능하고, 특히, 분사(분사의 시작과 끝) 및 출구 밸브의 작동이 조정, 제어 또는 조절될 수 있다.
대형 디젤 엔진은 본 고안에 따른 배기 가스 재순환 장치(10)를 더 포함하고, 터보 과급기(3)의 터빈(32)으로부터 오는 배기 가스의 적어도 일부분이 그 배기 가스 재순환 장치에 의해 에너지 회수 유닛(5)에 재순환될 수 있다. 에너지 회수 유닛(5)은 예컨대 열교환기인데, 이 열교환기로 열 형태의 에너지가 터보 과급기(3)의 터빈(32)으로부터 유출되는 여전히 고온인 배기 가스로부터 추출되며, 그 후에 그 에너지는 다른 목적으로 사용될 수 있다.
배기 가스 재순환 장치(10)는 배기 관(6)을 포함하고, 이 배기 관은 터보 과급기(3)의 터빈(32)의 하류에 배치된다. 배기 가스는 터빈(32)으로부터 배기 관(6) 안으로 흐르며, 이 배기 관은 배기 가스를 주변 환경에 배출하는 출구(15), 예컨대 배출부 또는 침니(chimney)에 연결되어 있다.
에너지 회수 유닛(5)에 이어져 있는 재순환 관(7)이 배기 관(6)에서 분기되어 있다. 재순환 관(7)은 전형적으로 원통형 배관으로 설계되며, 이 배관은 중심 축선(M)을 갖는다(도 2 및 3 참조). 제 1 회전 축선(D1)을 중심으로 회전 가능한 제 1 밸브 본체(8)가 재순환 관(7)에 제공되고, 재순환 관(7)에 있는 배기 가스에 대한 자유 유동 단면이 그 제 1 밸브 본체로 변경될 수 있다.
바람직하게는, 제 1 밸브 본체(8)는 온-오프 밸브로 설계되며, 이 밸브는, 배기 가스가 재순환 관(7)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치, 및 배기 관(6)에서 나온 배기 가스가 에너지 회수 유닛(5)으로 흐를 수 있는 개방 위치를 갖는다.
제 2 회전 축선(D2)을 중심으로 회전 가능한 제 2 밸브 본체(9)가 배기 관(6)에 제공되어 있어, 배기 가스의 일부분을 재순환 관(7) 안으로 보내게 된다.
본 고안에 따르면, 제 1 밸브 본체(8) 및 제 2 밸브 본체(9)는 관절식 연결부(10)를 통해 서로에 연결되며, 그래서 제 1 밸브 본체(8)의 회전에 의해 제 2 밸브 본체(9)가 회전 된다. 두 밸브 본체(8, 9)는, 두 회전 축선(D1, D2)이 재순환 관(7)의 중심 축선(M)에 수직이도록 배치된다.
이는, 제 1 밸브 본체(8)가 개방 위치(도 2)로부터 폐쇄 위치(도 3)로 움직이면 배기 관(6)에 있는 제 2 밸브 본체(9)의 위치가 동시에 변하게 됨을 의미한다.
바람직하게는, 관절식 연결부(10)는, 제 1 밸브 본체(8)에 관절식으로 연결되는 제 1 강성 요소(11), 예컨대 로드, 및 제 2 밸브 본체(9)에 관절식으로 연결되는 제 2 강성 요소(12)를 포함한다. 제 1 요소(11)와 제 2 요소(12) 사이에는 연결 요소(13)가 제공되어 있는데, 이 연결 요소는, 한편으로, 제 1 요소(11)에 관절식으로 연결되고, 다른 한편으로는, 제 2 요소(12)에 관절식으로 연결된다. 이는, 제 1 밸브 본체(8)가 개방 위치(도 2)로부터 폐쇄 위치(도 3)로 움직이면 제 2 밸브 본체(8)가 또한 불가피하게 제 2 회전 축선(D2)을 중심으로 제 2 회전 각도로 회전됨을 의미한다.
바람직하게는, 두 밸브 본체(8, 9) 각각은 원형 디스크형 플랩으로 설계되며, 이들 플랩은 제 1 회전 축선(D1) 및 제 2 회전 축선(D2)에 대해 각각 대칭적으로 배치되는데, 즉 각각의 회전 축선(D1, D2)은 제 1 또는 제 2 밸브 본체의 직경 방향 축선에 평행하다.
제 1 밸브 본체(8)는 바람직하게는, 그의 직경이 재순환 관(7)의 내경과 실질적으로 같도록 치수 결정되며, 그래서 폐쇄 위치에 있는 제 1 밸브 본체(8)는 배기 가스가 재순환 관(7)을 통해 흐르는 것을 방지한다.
제 2 밸브 본체(9)는 바람직하게는, 그의 직경이 배기 관(6)의 내경 보다 작도록 치수 결정되며, 그래서 제 2 밸브 본체(9)는 배기 관(6)을 완전히 폐쇄하지 못한다.
도 2에 나타나 있는 제 1 밸브 본체(8)의 개방 위치에서, 제 1 밸브 본체(8)가 개방 위치에 있을 때(이 개방 위치에서, 제 1 밸브 본체(8)는 재순환 관(7)의 중심 축선(M)과 평행하게 정렬됨), 제 2 밸브 본체(9)는 가스의 유동 방향(G)에 대해 0°및 90°와 다른 각도(대략 45°)로 경사져 있다.
도 3에 나타나 있는 제 1 밸브 본체(8)의 폐쇄 위치에서, 제 1 밸브 본체(8)는 재순환 관(7)의 중심 축선(M)과 수직하게 정렬되며, 그래서 재순환 관(7)은 제 1 밸브 본체(8)에 의해 실질적으로 폐쇄된다. 제 2 밸브 본체(9)는 배기 가스의 유동 방향(G)과 평행하게 정렬되며, 그래서 배기 관(6)을 통과하는 자유 유동 단면은 최대이고 배기 가스는 실질적으로 완전히 출구(5)로 흐르게 된다.
제 1 밸브 본체(8)를 위한 구동기(나타나 있지 않음)가 제공되어 있고, 이 구동기로 제 1 밸브 본체(8)가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 또한 그 반대 방향으로 움직일 수 있다.
제 1 밸브 본체(8)가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 또는 그 반대 방향으로 움직일 때 제 2 밸브 본체(9)가 회전하는 제 2 회전 각도는 관절식 연결부(10), 특히 연결 요소(13)의 길이를 통해 조정될 수 있다.
바람직하게는, 연결 요소(13)는 그의 길이가 변화될 수 있도록 설계된다. 따라서, 제 1 회전 각도가 90°로 고정된 상태에서(제 1 밸브 본체(8)의 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 변화), 제 2 밸브 본체(9)의 결과적인 회전이 변할 수 있다. 예컨대, 연결 요소(13)는 이 연결 요소(13)의 길이를 변화시킬 수 있는 선형 모터를 포함할 수 있다.

Claims (11)

  1. 종방향 소기식(scavenged) 대형 엔진의 배기 가스 재순환 장치로서, 터보 과급기(3)로부터 배기 가스가 공급될 수 있는 배기 관(6), 및 상기 배기 가스를 에너지 회수 유닛(5)에 재순환시키기 위한 재순환 관(7)을 가지며, 재순환 관(7)은 중심 축선(M)을 가지며 또한 상기 배기 관(6) 안으로 개방되어 있고, 제 1 회전 축선(D1)을 중심으로 회전 가능한 제 1 밸브 본체(8)가 재순환 관(7)에서의 자유 유동 단면을 변화시키기 위해 그 재순환 관(7)에 제공되어 있고, 또한 제 2 회전 축선(D2)을 중심으로 회전 가능한 제 2 밸브 본체(9)가 배기 가스의 일부분을 재순환 관(7) 안으로 보내기 위해 배기 관(6)에 배치되어 있으며, 상기 제 1 회전 축선(D1)과 제 2 회전 축선(D2) 각각은 재순환 관(7)의 중심 축선에 각각 수직이고, 제 1 밸브 본체(8)와 제 2 밸브 본체(9)는 관절식 연결부(10)를 통해 서로에 연결되고, 그래서, 제 1 밸브 본체(8)의 회전에 의해 제 2 밸브 본체(9)가 회전되는, 배기 가스 재순환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 본체(8) 및 제 2 밸브 본체(9) 각각은 원형 디스크형 플랩으로 설계되며, 이들 플랩은 상기 제 1 회전 축선(D1) 및 제 2 회전 축선(D2)에 대해 각각 대칭적으로 배치되는, 배기 가스 재순환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 밸브 본체(9)는 배기 관(6)의 내경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서 제 2 밸브 본체(9)는 배기 관(6)을 완전히 폐쇄하지 못하는, 배기 가스 재순환 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 본체(8)는 재순환 관(7)의 내경과 실질적으로 같은 직경을 가지며, 그래서 제 1 밸브 본체(8)는 재순환 관(7)을 폐쇄할 수 있는, 배기 가스 재순환 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 본체(8)를 제 1 회전 축선(D1)을 중심으로 회전시키는 구동기가 제공되어 있는, 배기 가스 재순환 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관절식 연결부(10)는, 상기 제 1 밸브 본체(8)에 관절식으로 연결되는 제 1 강성 요소(11), 및 상기 제 2 밸브 본체(9)에 관절식으로 연결되는 제 2 강성 요소(12), 및 연결 요소(13)를 포함하고, 이 연결 요소는, 한편으로, 상기 제 1 요소(11)에 관절식으로 연결되고, 다른 한편으로는, 상기 제 2 요소(12)에 관절식으로 연결되는, 배기 가스 재순환 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관절식 연결부(10)는 조정 장치를 포함하고, 상기 제 1 밸브 본체(8)가 회전되는 고정된 제 1 회전 각도에서, 상기 제 2 밸브 본체(9)가 회전되는 제 1 회전 각도가 상기 조정 장치에 의해 변화될 수 있는, 배기 가스 재순환 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조정 장치는 선형 모터를 포함하는, 배기 가스 재순환 장치.
  9. 터보 과급기(3)를 포함하는 종방향 소기식 대형 엔진으로서, 터보 과급기(3)의 하류에는 배기 가스 재순환 장치(1)가 제공되고, 이 배기 가스 재순환 장치는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따라 설계되는, 종방향 소기식 대형 엔진.
  10. 제 9 항에 있어서,
    종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계되는 종방향 소기식 대형 엔진.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    액체 연료가 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 액체 모드로 작동될 수 있고 또한 연료로서 가스가 연소실 안으로 도입되는 가스 모드로 더 작동될 수 있는 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계되는 종방향 소기식 대형 엔진.
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