KR20220159900A - A large two-stroke uniflow scavenged turbocharged internal combustion engine with an ammonia absorption system - Google Patents

A large two-stroke uniflow scavenged turbocharged internal combustion engine with an ammonia absorption system Download PDF

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KR20220159900A
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르네 한센 킴
뭉크 한센 제스퍼
크리스텐슨 헨릭
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만 에너지 솔루션즈, 필리알 아프 만 에너지 솔루션즈 에스이, 티스크란드
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Abstract

The present invention relates to a large two-stroke uniflow scavenged turbocharged internal combustion engine having at least one operating mode in which ammonia is used as main fuel. The engine includes: at least one cylinder having a cylinder liner (1), a reciprocating piston (10) in the cylinder liner, and a cylinder cover (22) covering the cylinder; a combustion chamber (15) formed between the reciprocating piston (10) and the cylinder cover (22) in the cylinder (10); an ammonia fuel system (30) configured to supply pressurized ammonia to a fuel valve (50, 50') located in the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1); and ammonia evacuation flow paths (42, 44, 47) connecting an outlet of the ammonia fuel system (30) to an inlet of an ammonia absorption system (60). The ammonia absorption system (60) contains water during use for absorbing ammonia supplied through the ammonia evacuation flow paths. The present invention improves the safety of ships and personnel.

Description

암모니아 흡수 시스템을 갖춘 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관{A LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED TURBOCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH AN AMMONIA ABSORPTION SYSTEM}A LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED TURBOCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH AN AMMONIA ABSORPTION SYSTEM}

본 발명은 엔진에서 암모니아가 연소용 연료로 작동되는 적어도 하나의 모드에 있는 대형 2행정 단류(uniflow) 소기식 터보차징 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to a large two-stroke uniflow scavenging turbocharged internal combustion engine in at least one mode of operation in which ammonia is the fuel for combustion in the engine.

대형 2행정 단류 소기식 터보차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진은 통상적으로 대형 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용되고 있다. 상기 엔진은 엄청난 크기, 무게 및 동력 출력에 있어서 일반 연소 엔진과 완전히 다르며, 대형 2행정 터보차징 압축 내연기관은 그 자체가 하나의 클래스로 분류된다.Large two-stroke single-flow scavenging turbocharged compression ignition internal combustion crosshead engines are commonly used as propulsion systems for large ships or as prime movers for power plants. These engines are completely different from ordinary combustion engines in their enormous size, weight and power output, and large two-stroke turbocharged compression internal combustion engines are themselves classified as a class.

내연기관은 과거에 주로 디젤유 등의 연료유 또는 천연가스 또는 석유 가스 등의 연료 가스와 같은 탄화수소 연료로 주로 작동되었다. 탄화수소 연료의 연소는 이산화탄소(CO2)뿐 아니라 대기 오염과 기후 변화에 기여하는 기타 온실 가스를 방출한다. 부산물을 배출하는 화석 연료 불순물과는 달리 CO2는 탄화수소 연소의 피할 수 없는 결과이다. 연료의 에너지 밀도와 CO2 배출량(footprint)은 탄화수소 사슬 길이와 탄화수소 분자의 복잡성에 따라 달라진다. 따라서 기체 탄화수소 연료는 액체 탄화수소 연료보다 배출량이 적지만, 기체 탄화수소 연료는 취급과 저장이 더 까다롭고 비용이 많이 든다는 단점이 있다. CO2 배출량을 줄이기 위해 비탄화수소 연료에 대한 연구가 진행되고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Internal combustion engines have in the past mainly operated on hydrocarbon fuels such as fuel oil such as diesel oil or fuel gas such as natural gas or petroleum gas. Combustion of hydrocarbon fuels releases carbon dioxide (CO2) as well as other greenhouse gases that contribute to air pollution and climate change. Unlike fossil fuel impurities, which emit by-products, CO2 is an unavoidable consequence of hydrocarbon combustion. The energy density and CO2 footprint of a fuel depend on the hydrocarbon chain length and the complexity of the hydrocarbon molecules. Thus, gaseous hydrocarbon fuels have lower emissions than liquid hydrocarbon fuels, but gaseous hydrocarbon fuels have the disadvantage of being more difficult and expensive to handle and store. Research on non-hydrocarbon fuels is being conducted to reduce CO2 emissions.

암모니아는 화석 연료, 바이오매스 또는 재생 가능 에너지원(풍력, 태양광, 수력 또는 열)에서 얻은 합성물이며, 재생 가능 에너지원에서 생성될 때 암모니아는 탄소 배출이 거의 없거나 연소 시 CO2, SOX, 미립자 물질 또는 미연 탄화수소를 거의 배출하지 않는다. Ammonia is a compound obtained from fossil fuels, biomass or renewable energy sources (wind, solar, hydro or thermal) and when produced from renewable energy sources, ammonia produces little or no carbon emission, or when burned produces CO2, SOx, or particulate matter. or almost no unburned hydrocarbons.

암모니아는 소형 불꽃 점화식 내연기관에서 소규모로 테스트되고 사용되었지만, 압축 점화 내연기관에 전력을 공급하는 데는 사용되지 않았다.Ammonia has been tested and used on a small scale in small spark-ignition internal combustion engines, but has not been used to power compression-ignition internal combustion engines.

암모니아는 위험하고 자극적인 냄새가 난다. 따라서 암모니아가 엔진에서 빠져나가는 것을 피해야 한다. 암모니아에 의한 작동이 중단되고 예컨대 기존 연료에 의한 작동으로 변경되면 연료 시스템의 암모니아를 퍼지(purge)해야 하며 퍼지된 암모니아는 단순히 대기/주변으로 배출될 수 없다. 과도한 암모니아를 처리해야 하는 다른 시나리오는 예컨대 엔진의 누출 또는 기타 오작동으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 시나리오 및 유사한 시나리오에서 암모니아의 종말에 대한 솔루션을 제공할 필요가 있다.Ammonia has a dangerous and pungent odor. Therefore, it is necessary to avoid ammonia escaping from the engine. When ammonia operation is stopped and changed to, for example, conventional fuel operation, the fuel system must be purged of ammonia, and the ammonia that has been purged cannot simply be vented to the atmosphere/ambient . Other scenarios in which excess ammonia must be dealt with may arise, for example, due to engine leaks or other malfunctions. In these and similar scenarios, there is a need to provide a solution to the end of ammonia.

CN112696289는 해양 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 재활용 시스템을 개시한다. 이 시스템은 암모니아 연료 엔진, 액체 암모니아 공급 시스템, 액체 암모니아 재활용 시스템 및 액체 암모니아 질소 퍼지 환기 시스템으로 구성된다. 이 시스템에 따르면, 선박 액체 암모니아 연료의 고압 액체 공급(70bar, 45+/-10℃)이 실현되고 파이프라인에서 소모되지 않은 액체 암모니아 연료를 재활용할 수 있으므로 많은 양의 연료를 절약할 수 있다. 한편, 환기 마스트로 배출되는 암모니아 연료를 줄여 선박과 인력의 안전을 향상시킨다.CN112696289 discloses a marine liquid ammonia fueling and fuel recycling system. The system consists of an ammonia fuel engine, a liquid ammonia supply system, a liquid ammonia recycling system and a liquid ammonia nitrogen purge ventilation system. According to this system, high-pressure liquid supply (70 bar, 45+/-10°C) of liquid ammonia fuel for ships is realized, and a large amount of fuel can be saved because the liquid ammonia fuel that is not consumed in the pipeline can be recycled. Meanwhile, it improves the safety of the vessel and personnel by reducing the ammonia fuel discharged to the ventilation mast.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine that overcomes or at least reduces the aforementioned problems.

전술한 목적, 그리고 다른 목적들은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다. The foregoing and other objects are achieved by the features of the independent claims. Further implementation forms are apparent from the dependent claims, detailed description and drawings.

제1 양태에 따르면, 주 연료가 암모니아인 적어도 하나의 작동 모드를 갖는 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관이 제공되며, 상기 엔진은,According to a first aspect, there is provided a large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine having at least one mode of operation in which the primary fuel is ammonia, the engine comprising:

- 실린더 라이너와 그 내부의 왕복 피스톤 및 실린더를 덮는 실린더 커버를 갖는 적어도 하나의 실린더, - at least one cylinder having a cylinder liner and a reciprocating piston therein and a cylinder cover covering the cylinder;

- 왕복 피스톤과 실린더 커버 사이의 실린더 내부에 형성되는 연소실,- a combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston and the cylinder cover;

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배치된 연료 밸브에 가압 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템,- an ammonia fuel system configured to supply pressurized ammonia to a fuel valve disposed on a cylinder cover or cylinder liner;

- 암모니아 흡수 시스템(60) 및- ammonia absorption system 60 and

- 암모니아 연료 시스템의 출구를 암모니아 흡수 시스템의 입구에 연결하는 암모니아 배출 유로(flow path)를 포함하며, - an ammonia flow path connecting the outlet of the ammonia fuel system to the inlet of the ammonia absorption system;

암모니아 흡입 시스템은 배출 유로를 통해 물 속으로 공급된 암모니아를 흡수하여 암모니아수를 형성하기 위해 사용 중인 물을 함유한다. The ammonia intake system contains water in use to form ammonia water by absorbing ammonia supplied into the water through the discharge passage.

퍼지 유로와 암모니아 흡수 시스템을 제공함으로써, 암모니아 연료에 의한 작동을 종료할 때 필요한 퍼지 이벤트 또는 누출 이벤트와 같이 엔진에서 과량의 암모니아를 처리해야 하는 갑작스러운 이벤트를 처리하는 것이 가능하게 된다. 물을 포함한 흡수 시스템에 암모니아를 용해함으로써, 물에 상당량의 암모니아를 일시적으로 저장하는 것이 가능하게 되어 암모니아수를 생성할 수 있다. 암모니아수는 엔진에서 연료로 사용하거나 배기가스를 청소하기 위한 SCR(Selective Catalyst Reduction) 반응기의 환원제로 사용할 수 있다.By providing a purge passage and an ammonia absorption system, it becomes possible to deal with a sudden event in which the engine needs to deal with an excess of ammonia, such as a purge event or a leak event required when the operation by ammonia fuel is terminated. By dissolving ammonia in the water-containing absorption system, it is possible to temporarily store a significant amount of ammonia in water to produce ammonia water. Ammonia water can be used as a fuel in engines or as a reducing agent in SCR (Selective Catalyst Reduction) reactors to clean exhaust gases.

본 발명자들은 암모니아의 용해도가 일반적으로 수온이 낮을수록 증가한다는 것을 알게 되었다. 물을 냉각시키는 냉각 회로 설비를 추가하면 회수 시스템(탱크)에 회수된 암모니아의 실제 양이 더 높은 회수율로 증가할 가능성이 있다.The inventors have found that the solubility of ammonia generally increases as the water temperature decreases. Adding a cooling circuit facility to cool the water has the potential to increase the actual amount of ammonia recovered in the recovery system (tank) to a higher recovery rate.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 흡수 시스템은 사용 중에 적어도 부분적으로 물로 채워진 적어도 하나의 용기를 포함하고, 적어도 하나의 용기는 바람직하게는 물 공급원에 연결하기 위한 물 입구를 포함하고, 바람직하게는 암모니아수의 배출을 위한 암모니아수 출구를 포함한다.In a possible implementation of the first aspect, the ammonia absorption system comprises at least one vessel at least partially filled with water during use, the at least one vessel preferably comprising a water inlet for connection to a water source, preferably includes an ammonia water outlet for discharging ammonia water.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 이중 연료 엔진이고, 바람직하게는 엔진의 실린더에 통상적인 연료를 공급하기 위한 연료 시스템을 포함한다.In a possible implementation of the first aspect, the engine is a dual fuel engine and preferably includes a fuel system for supplying conventional fuel to the cylinders of the engine.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아수 출구는 엔진에서 암모니아수를 연소하기 위한 암모니아 연료 시스템에 연결된다.In a possible implementation of the first aspect, the ammonia water outlet is connected to an ammonia fuel system for burning ammonia water in an engine.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 엔진의 배기가스 유로에 SCR 반응기를 포함하고, 암모니아수 출구는 SCR 반응기와 관련된 환원제 입구에 연결된다. In a possible implementation of the first aspect, the engine includes an SCR reactor in an exhaust gas flow path of the engine, and an ammonia water outlet is connected to a reducing agent inlet associated with the SCR reactor.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 흡수 시스템은 사용 중에 적어도 부분적으로 물로 채워지는 압력 용기를 포함하고, 바람직하게는 압력 용기에는 압력 용기의 온도를 낮추기 위한 냉각 시스템이 제공되고, 압력 용기는 바람직하게는 기상 암모니아를 흡입하기 위한 기상 암모니아 입구를 포함하고 압력 용기는 바람직하게는 물 공급원에 연결되고 압력 용기는 바람직하게는 암모니아수 배출을 위한 암모니아수 출구를 갖는다.In a possible implementation of the first aspect, the ammonia absorption system comprises a pressure vessel at least partially filled with water during use, preferably the pressure vessel is provided with a cooling system for lowering the temperature of the pressure vessel, the pressure vessel preferably It preferably includes a gaseous ammonia inlet for inhaling gaseous ammonia, and the pressure vessel is preferably connected to a water supply source, and the pressure vessel preferably has an ammonia water outlet for discharging the ammonia water.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 흡수 시스템은 패킹된 흡수탑을 포함하고, 패킹된 흡수탑은 바람직하게는 기상 암모니아를 흡입하기 위한 기상 암모니아 입구를 포함하고, 패킹된 흡수탑은 바람직하게는 물 공급원에 연결되고 패킹된 흡수탑은 바람직하게는 암모니아수의 배출을 위한 암모니아수 출구를 갖는다.In a possible implementation of the first aspect, the ammonia absorption system comprises a packed absorption tower, the packed absorption tower preferably comprising a gaseous ammonia inlet for taking in gaseous ammonia, the packed absorption tower preferably The packed absorption tower connected to the water source preferably has an ammonia water outlet for discharge of the ammonia water.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 흡수 시스템은 사용 중에 물이 적어도 부분적으로 채워지는 캐스케이드(cascade) 물 탱크, 바람직하게는 기상 암모니아 입구와 기상 암모니아 출구, 물 입구 및 암모니아수 출구를 포함하는 제1 물 탱크,In a possible implementation of the first aspect, the ammonia absorption system comprises a first step comprising a cascade water tank at least partially filled with water during use, preferably a gaseous ammonia inlet and a gaseous ammonia outlet, a water inlet and an ammonia water outlet. cistern,

바람직하게는 제1 물 탱크의 기상 암모니아 출구에 연결된 기상 암모니아 입구를 포함하는 후속 물 탱크 및 제1 물 탱크의 물 입구와 암모니아 기상 출구에 연결되는 암모니아수 출구를 포함하며, 캐스케이드 물 탱크는 바람직하게는 기상 암모니아의 유동에 대한 물 유동의 역류를 위해 구성되고, 사용 중 기상 암모니아의 유동에서 가장 상류 탱크는 탱크 내의 물에서 암모니아 농도가 가장 높고 암모니아 물 출구가 제공되며, 사용 중 기상 암모니아의 유동에서 가장 하류 탱크는 탱크 내의 물에서 암모니아 농도가 가장 낮고, 기상 암모니아의 유동에서 가장 하류 탱크에는 바람직하게는 탱크로부터 기상 물질을 배출하기 위한 출구가 제공된다. A subsequent water tank preferably comprising a gaseous ammonia inlet connected to the gaseous ammonia outlet of the first water tank and an ammonia water outlet connected to the water inlet of the first water tank and the ammonia vapor outlet, the cascade water tank preferably It is configured for the countercurrent flow of the water flow to the flow of gaseous ammonia, and the tank most upstream from the flow of gaseous ammonia in use has the highest ammonia concentration in the water in the tank and is provided with an ammonia water outlet, the most upstream of the flow of gaseous ammonia in use. The downstream tank has the lowest ammonia concentration in the water in the tank, and the tank most downstream in the flow of gaseous ammonia is preferably provided with an outlet for discharging the gaseous material from the tank.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 연료 시스템은 연료 시스템에서 암모니아 흡수 시스템으로 암모니아를 배출하도록 구성된 퍼지 시스템을 포함하고, 퍼지 시스템은 바람직하게는 가압 질소 공급원을 포함하고, 가압 질소 공급원은 바람직하게는 퍼지 밸브를 통해 연료 시스템에 연결되고, 퍼지 시스템은 바람직하게는 암모니아 연료 시스템에서 암모니아 흡수 시스템으로 암모니아를 퍼지하기 위해 암모니아 배출 유로를 사용한다.In a possible implementation of the first aspect, the ammonia fuel system includes a purge system configured to evacuate ammonia from the fuel system to the ammonia absorption system, the purge system preferably including a pressurized nitrogen source, the pressurized nitrogen source preferably is connected to the fuel system through a purge valve, and the purge system preferably uses an ammonia discharge passage to purge ammonia from the ammonia fuel system to the ammonia absorption system.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 연료 시스템은 중압 암모니아 공급 라인 및 암모니아 리턴 라인, 중압 암모니아 공급 라인을 암모니아 흡수 시스템에 연결하는 제1 퍼지 라인, 암모니아 리턴 라인을 암모니아 흡수 시스템에 연결하는 제2 퍼지 라인 및 바람직하게는 중압 암모니아 공급 라인과 암모니아 리턴 라인을 암모니아 흡수 시스템에 선택적으로 연결하기 위한 밸브 장치를 포함한다.In a possible implementation of the first aspect, the ammonia fuel system comprises an intermediate pressure ammonia supply line and an ammonia return line, a first purge line connecting the intermediate pressure ammonia supply line to the ammonia absorption system, and a second purge line connecting the ammonia return line to the ammonia absorption system. A purge line and preferably a valve arrangement for selectively connecting the medium pressure ammonia supply line and the ammonia return line to the ammonia absorption system.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 녹아웃 드럼은 제1 및/또는 제2 퍼지 라인에 배치되고, 녹아웃 드럼은 기상 암모니아로부터 액상 암모니아를 분리하도록 구성되고, 녹아웃 드럼은 기상 암모니아 출구와 액상 암모니아 출구를 포함하고, 녹아웃 드럼의 기상 암모니아 출구는 암모니아 흡수 시스템에 연결되고, 액상 암모니아 출구는 바람직하게는 회수 탱크에 연결되고, 이 회수 탱크는 차례로 암모니아 연료 시스템에 연결된다.In a possible implementation form of the first aspect, a knockout drum is disposed in the first and/or second purge line, the knockout drum is configured to separate liquid ammonia from gaseous ammonia, and the knockout drum comprises a gaseous ammonia outlet and a liquid ammonia outlet. wherein the gaseous ammonia outlet of the knockout drum is connected to an ammonia absorption system, and the liquid ammonia outlet is preferably connected to a recovery tank, which in turn is connected to an ammonia fuel system.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 연료 시스템은 공급 라인과 리턴 라인을 포함하고, 공급 라인과 리턴 라인을 형성하는 배관은 이중벽 배관을 포함하고, 이중벽 배관의 내관과 이중벽 배관의 외관 사이의 공간은 암모니아 배출 유로에 의해 암모니아 흡수 시스템에 유체 연결된다. In a possible implementation form of the first aspect, the ammonia fuel system includes a supply line and a return line, the piping forming the supply line and the return line includes a double-walled piping, and a space between an inner tube of the double-walled piping and an outer tube of the double-walled piping. is fluidly connected to the ammonia absorption system by means of an ammonia discharge passage.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 암모니아 연료 시스템은 액상 암모니아 연료 탱크, 저압 펌프의 작용에 의해 액상 암모니아 연료 탱크를 중압 연료 펌프의 입구에 연결하는 저압 암모니아 공급 라인을 포함하고, 연료 시스템은 바람직하게는 중압 펌프의 출구를 연료 밸브의 입구에 연결하는 중압 연료 라인을 포함하고, In a possible implementation form of the first aspect, the ammonia fuel system includes a liquid ammonia fuel tank, a low pressure ammonia supply line connecting the liquid ammonia fuel tank to an inlet of a medium pressure fuel pump by action of a low pressure pump, and the fuel system preferably comprises: includes a medium-pressure fuel line connecting the outlet of the medium-pressure pump to the inlet of the fuel valve;

연료 시스템은 바람직하게는 연료 밸브의 출구를 중압 연료 펌프의 입구에 연결하는 리턴 라인을 포함한다.The fuel system preferably includes a return line connecting the outlet of the fuel valve to the inlet of the medium pressure fuel pump.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 적어도 하나의 실린더에는 실린더의 하부 영역에 소기 포트가 제공된다.In a possible implementation of the first aspect, at least one cylinder is provided with a scavenging port in a lower region of the cylinder.

제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 실린더 커버에는 중앙 배기 밸브가 제공되고, 둘 이상의 연료 밸브가 중앙 배기 밸브를 둘러싼다.In a possible implementation form of the first aspect, the cylinder cover is provided with a central exhaust valve, and two or more fuel valves surround the central exhaust valve.

제2 양태에 따르면, 주 연료가 암모니아인 적어도 하나의 작동 모드를 갖는 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관에서 암모니아를 관리하는 방법이 제공되며, 상기 엔진은:According to a second aspect, a method for managing ammonia in a large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine having at least one mode of operation in which the primary fuel is ammonia is provided, the engine comprising:

- 실린더 라이너와 그 내부의 왕복 피스톤 및 실린더를 덮는 실린더 커버를 갖는 적어도 하나의 실린더, - at least one cylinder having a cylinder liner and a reciprocating piston therein and a cylinder cover covering the cylinder;

- 왕복 피스톤과 실린더 커버 사이의 실린더 내부에 형성되는 연소실,- a combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston and the cylinder cover;

- 실린더 커버 또는 실린더 라이너에 배치된 연료 밸브에 가압 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템을 포함하고,- an ammonia fuel system configured to supply pressurized ammonia to a fuel valve disposed in a cylinder cover or cylinder liner;

상기 방법은,The method,

- 연료 시스템에서 암모니아 흡수 시스템으로 과량의 기상 암모니아를 운반하고 물에서 기상 암모니아를 흡수하여 암모니아수를 형성하는 단계를 포함한다. - conveying excess gaseous ammonia from the fuel system to the ammonia absorption system and absorbing gaseous ammonia from water to form aqueous ammonia.

제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 방법은 바람직하게는 녹아웃 드럼을 사용하여 과량의 암모니아에서 발생하는 액상 암모니아와 기상 암모니아를 분리하는 단계, 기상 암모니아를 암모니아 흡수 시스템으로 운반하는 단계 및 물에 암모니아를 흡수하여 암모니아수를 형성하는 단계를 포함한다. In a possible implementation of the second aspect, the method further comprises separating liquid and gaseous ammonia from excess ammonia, preferably using a knockout drum, conveying the gaseous ammonia to an ammonia absorption system and adding ammonia to water. and absorbing to form ammonia water.

제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 방법은 엔진용 연료로서 또는 엔진의 SCR 반응기용 환원제로서 암모니아수를 형성하는 단계를 포함한다.In a possible implementation of the second aspect, the method includes forming aqueous ammonia as fuel for the engine or as a reducing agent for the SCR reactor of the engine.

제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 방법은 엔진용 연료로서 또는 엔진의 SCR 반응기용 환원제로서 암모니아수를 사용하는 단계를 포함한다.In a possible implementation of the second aspect, the method includes using ammonia water as a fuel for the engine or as a reducing agent for the SCR reactor of the engine.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 하기 실시예로부터 명백해질 것이다.These and other aspects of the invention will be apparent from the following examples.

하기 본 발명의 개시, 양태, 실시예 및 구현 형태의 상세한 부분에서, 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 대형 2행정 디젤 엔진의 상승 정면도이다.
도 2는 도 1 대형 2행정 엔진의 상승 측면도이다.
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 엔진의 개략도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 암모니아 연료 시스템, 암모니아 퍼지 시스템 및 암모니아 흡수 시스템을 구비한 엔진의 개략도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 암모니아 연료 시스템, 암모니아 퍼지 시스템 및 암모니아 흡수 시스템을 구비한 엔진의 개략도이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following detailed descriptions of the disclosure, aspects, embodiments and implementations of the present invention, a more detailed explanation is given with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.
1 is an elevated front view of a large two-stroke diesel engine according to an exemplary embodiment.
Figure 2 is an elevated side view of the large two-stroke engine of Figure 1;
3 is a schematic diagram of a large two-stroke engine according to FIG. 1;
4 is a schematic diagram of an engine with an ammonia fuel system, an ammonia purge system and an ammonia absorption system according to the first embodiment.
5 is a schematic diagram of an engine with an ammonia fuel system, an ammonia purge system and an ammonia absorption system according to a second embodiment.

하기의 상세한 설명에서, 압축 점화 내연기관은 예시적인 실시예들에서 크로스헤드를 포함하는 대형 2행정 저속 단류 소기식 터보차징 압축 점화 내연기관을 참조하여 설명될 것이지만, 압축 점화 내연기관은 다른 것일 수 있음이 이해된다. 대형 2행정 저속 단류 소기식 터보차징 내연기관은 연료가 압축 점화되는 피스톤의 상사점 또는 그 근처에서 분사되는 (고압) 유형 또는 불꽃 점화되는 압축 전에 또는 압축 중에 소기와 연료가 혼합되는 (저압) 유형일 수 있다. 후자의 경우 일반적으로 안정적인 점화를 보장하기 위해 연료유와 같은 점화 유체를 사용한 "파일럿" 점화가 있을 것이다.In the detailed description that follows, the compression ignition internal combustion engine will be described with reference to a large two-stroke low speed single flow scavenging turbocharged compression ignition internal combustion engine including a crosshead in exemplary embodiments, but the compression ignition internal combustion engine may be different. It is understood that there is Large two-stroke low-speed single-flow scavenging turbocharged internal combustion engines may be of the (high pressure) type in which the fuel is injected at or near the top dead center of the piston where compression is ignited, or the scavenging and fuel are mixed (low pressure) before or during compression where spark ignition occurs. can In the latter case there will usually be a "pilot" ignition using an ignition fluid such as fuel oil to ensure reliable ignition.

도 1, 도 2 및 도 3은 크랭크샤프트(8)와 크로스헤드(9)가 구비된 대형 저속 터보차징 2행정 압축 점화 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진의 개략도를 도시한다. 이 예시적인 실시예에서, 엔진은 여섯 개의 실린더를 열을 지어 구비한다. 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진은 통상적으로 엔진 프레임(11)에 의해 지지가 되는 실린더 프레임(23)에 의해 지지가 되며, 열을 지어 4개 내지 14개의 실린더를 갖는다. 이 엔진은 예컨대, 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동하는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 이 엔진의 총 출력은 예컨대, 1,000 내지 110,000k일 수 있다. 1 , 2 and 3 show a large slow speed turbocharged two stroke compression ignition engine with crankshaft 8 and crosshead 9 . Figure 3 shows a schematic diagram of a large slow speed turbocharged two-stroke diesel engine with intake and exhaust systems. In this exemplary embodiment, the engine has six cylinders in a row. Large slow speed turbocharged two-stroke diesel engines typically have from 4 to 14 cylinders in rows, supported by a cylinder frame 23 supported by an engine frame 11. This engine can be used, for example, as a stationary engine operating a main engine of a ship or a generator of a power plant. The total output of this engine may be, for example, 1,000 to 110,000k.

이 엔진은, 이 예시적인 실시예에서, 각 실린더 라이너(1) 하부 영역에 소기 포트(18) 및 실린더 라이너(1) 상단에 중앙 배기밸브(4)가 구비된 2행정 단류 유형의 이중 연료 압축 점화 엔진이다. 이 엔진은 암모니아 연료 또는 암모니아 기반 연료로 엔진이 작동되는 적어도 하나의 암모니아 모드와 연료유(선박용 디젤유) 또는 중유와 같은 기존 연료로 엔진이 작동되는 적어도 하나의 기존 연료 모드를 갖는다.This engine, in this exemplary embodiment, is dual fuel compression of a two-stroke single-flow type equipped with a scavenging port 18 in the lower region of each cylinder liner 1 and a central exhaust valve 4 at the top of the cylinder liner 1. It is an ignition engine. The engine has at least one ammonia mode in which the engine is operated with ammonia fuel or ammonia-based fuel and at least one conventional fuel mode in which the engine is operated with conventional fuel such as fuel oil (marine diesel oil) or heavy oil.

상기 소기는 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(18)로 통과한다. 실린더 라이너(1) 내에서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이를 왕복하는 피스톤(10)은 소기를 압축한다. 연료(암모니아 모드의 암모니아)는 실린더 커버(22)에 배치된 (고압) 연료 밸브(50)를 통해 TDC 또는 그 근처에서 실린더 라이너(1)의 연소실 내로 분사된다. 이어 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다. 각 실린더 커버(22)에는 두 개 이상의 연료 밸브(50)가 제공된다. 연료 밸브(50)는 단지 하나의 특정 유형 연료, 예컨대 암모니아를 분사하도록 구성되며, 이 경우 연소실 내로 기존 연료를 분사하는 두 개 이상의 연료 밸브(54)도 있을 것이다. 따라서 엔진에는 네 개 이상의 연료 밸브가 있을 것이다. 연료 밸브(50)가 기존 연료를 분사하기에 적합한 암모니아 모두를 분사하기에 적합한 경우, 각 실린더에 대해 2개 이상의 연료 밸브(50)가 있을 수 있다. 연료 밸브(50)는 중앙 배기 밸브(4) 주위의 실린더 커버(22)에 배치된다. 또한, 암모니아 연료의 확실한 점화를 보장하기 위한 점화 유체를 분사하기 위해 실린더 커버에 일반적으로 더 작은 추가의 연료 밸브(미도시)가 제공된다. 점화 연료는 예컨대 디메틸 에테르(DME) 또는 연료유이지만, 수소와 같은 다른 형태의 점화 촉진제(enhancer)일 수도 있다. 엔진이 이중 연료 엔진일 수 있기 때문에, 연료 밸브(50)에 기존 연료를 공급하기 위한 기존의 연료 공급 시스템(미도시) 또한 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 연료 밸브(50')는 실린더 라이너(점선으로 도시됨)를 따라 배치되고 피스톤(10)이 BDC에서 TDC로 가는 도중에 연료 밸브(50')를 통과하기 전에 실린더 라이너 내로 연료를 수용한다. 따라서, 피스톤(10)은 소기와 연료의 혼합물을 압축한다. TDC에서 또는 근처에서 시간이 지정된 점화는 불꽃, 레이저, 점화 유체 분사 등에 의해 트리거 된다. 연료 밸브(50')가 있는 실시예에서 연료가 수용되는 압력은 실린더 커버(22)에 연료 밸브(50)가 있는 실시예에서 연료가 분사되는 압력보다 상당히 낮다. 따라서, 연료 공급 시스템(30)이 연료를 운반해야 하는 압력은 상당히 낮을 수 있고/있거나 실린더 커버에 위치하는 연료 밸브(50)에 종종 사용되는 압력 부스터는 회피될 수 있다.The scavenging air passes from the scavenging air receptacle 2 to the scavenging port 18 of the individual cylinder 1 . The piston 10 reciprocating between the bottom dead center (BDC) and the top dead center (TDC) within the cylinder liner 1 compresses the scavenged air. Fuel (ammonia in ammonia mode) is injected into the combustion chamber of the cylinder liner 1 at or near TDC through a (high pressure) fuel valve 50 disposed on the cylinder cover 22 . Combustion then proceeds and exhaust gases are produced. Each cylinder cover 22 is provided with two or more fuel valves 50 . Fuel valve 50 is only configured to inject one particular type of fuel, eg ammonia, in which case there will also be two or more fuel valves 54 injecting existing fuel into the combustion chamber. So your engine will have four or more fuel valves. There may be more than one fuel valve 50 for each cylinder, provided that the fuel valve 50 is suitable for injecting all of the ammonia suitable for injecting conventional fuel. A fuel valve 50 is disposed on the cylinder cover 22 around the central exhaust valve 4 . In addition, an additional fuel valve (not shown), usually smaller, is provided in the cylinder cover to inject an ignition fluid to ensure reliable ignition of the ammonia fuel. The ignition fuel is, for example, dimethyl ether (DME) or fuel oil, but may also be another type of ignition enhancer, such as hydrogen. Since the engine may be a dual fuel engine, a conventional fuel supply system (not shown) may also be provided to supply conventional fuel to the fuel valve 50 . In one embodiment, the fuel valve 50' is disposed along the cylinder liner (shown in dotted lines) and directs fuel into the cylinder liner before the piston 10 passes through the fuel valve 50' en route from BDC to TDC. Accept. Thus, the piston 10 compresses the mixture of scavenge air and fuel. Timed ignition at or near TDC is triggered by sparks, lasers, or jets of ignition fluid. In the embodiment with the fuel valve 50', the pressure at which the fuel is received is significantly lower than the pressure at which the fuel is injected in the embodiment with the fuel valve 50 in the cylinder cover 22. Thus, the pressure at which fuel supply system 30 must deliver fuel can be significantly lower and/or pressure boosters often used with fuel valves 50 located in cylinder covers can be avoided.

배기밸브(4)가 열리면 배기가스는 실린더와 결합된 배기 덕트를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 SCR(Selective Catalytic Reduction; 선택적 환원 촉매) 반응기를 경유하여 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동한 후, 이 배기가스는 제2 배기 도관을 통해 이코노마이저(20)를 경유하여 출구(21)와 대기 중으로 배출된다. SCR 반응기는 배출물, 특히 NOx 배출물을 줄인다.When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows to the exhaust gas receiver 3 through the exhaust duct coupled with the cylinder, and continues through the SCR (Selective Catalytic Reduction) reactor to the first exhaust duct ( After flowing through 19) to the turbine 6 of the turbocharger 5, this exhaust gas is discharged to the outlet 21 and the atmosphere via the economizer 20 through the second exhaust duct. SCR reactors reduce emissions, especially NOx emissions.

터빈(6)은 샤프트를 통해 공기 입구(12)를 경유하여 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 이 압축기(7)는 소기 수용부(2)에 이르는 소기 도관(13)에 가압된 소기를 전달한다. 이 소기 도관(13) 내 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(14)를 통과한다.The turbine 6 drives a compressor 7 which is supplied with fresh air via an air inlet 12 via a shaft. The compressor 7 delivers pressurized scavenging air to the scavenging conduit 13 leading to the scavenging air receiver 2 . The scavenging air in this scavenging conduit 13 passes through the intercooler 14 for scavenging cooling.

터보차저(5)의 압축기(7)가 소기 수용부(2)에 충분한 압력을 전달하지 않으면, 즉 엔진의 낮은 부하 조건 또는 부분 부하 조건에서는, 냉각된 소기는 소기 유동을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 경유하여 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서, 터보차저 압축기(7)가 충분히 가압된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)가 역류방지밸브(15)를 경유하여 바이패스 되고 전기 모터(17)는 비활성화 된다. If the compressor 7 of the turbocharger 5 does not deliver sufficient pressure to the scavenging air receiver 2, i.e. under low load or part load conditions of the engine, the cooled scavenge air pressurizes the scavenging flow into the electric motor 17. ) Passes via the auxiliary blower 16 driven by. At higher engine loads, after the turbocharger compressor (7) delivers sufficiently pressurized scavenging air, the auxiliary blower (16) is bypassed via the non-return valve (15) and the electric motor (17) is deactivated.

엔진은 실질적으로 안정적인 압력과 온도에서 암모니아 밸브(50)에 공급되는 주 연료로서 암모니아로 작동되는 암모니아 모드에 있다. 암모니아는 액상 또는 기상으로 암모니아 밸브(50)에 공급될 수 있다. 암모니아 액상은 암모니아수(암모니아-물 혼합)일 수 있다.The engine is in an ammonia mode operating with ammonia as the primary fuel supplied to the ammonia valve 50 at a substantially stable pressure and temperature. Ammonia may be supplied to the ammonia valve 50 in a liquid or gaseous state. The ammonia liquid phase may be aqueous ammonia (ammonia-water mixture).

기존 연료 시스템은 잘 알려져 있어 더 자세히 도시 및 설명되지 않았다. 암모니아 연료 시스템(30)은 중간 공급 압력(예: 30 내지 80bar 압력)에서 액상 암모니아를 연료 밸브(50)에 공급한다. 또는 암모니아 연료는 기상으로 암모니아 밸브(50)에 비교적 낮은 공급 압력(예: 30 내지 80bar 압력)으로 공급된다. 압축 점화식 엔진의 경우 연료 밸브(50)는 암모니아 연료의 압력을 중압에서 고압으로 크게 높이는 압력 부스터를 포함하여 암모니아 연료가 엔진의 압축 압력보다 훨씬 높은 압력에서 분사되도록 한다. 일반적으로 점화 압축식 엔진의 분사 압력은 300bar를 넘는다.Existing fuel systems are well known and are not shown and described in more detail. The ammonia fuel system 30 supplies liquid ammonia to the fuel valve 50 at an intermediate supply pressure (eg, 30 to 80 bar pressure). Alternatively, the ammonia fuel is supplied to the ammonia valve 50 at a relatively low supply pressure (eg, 30 to 80 bar pressure) in the gas phase. In the case of a compression ignition type engine, the fuel valve 50 includes a pressure booster that greatly increases the pressure of the ammonia fuel from medium pressure to high pressure so that the ammonia fuel is injected at a pressure much higher than the compression pressure of the engine. In general, the injection pressure of an ignition-compression type engine exceeds 300 bar.

도 4를 참조하면, 퍼지 및 암모니아 흡수 시스템(60)을 포함하는 암모니아 연료 시스템(30)이 더 상세히 개시된다. 암모니아는 대략 17bar에서 가압 저장 탱크(31)에 액상으로 저장된다. 암모니아는 암모니아 저장 탱크(31)에서 8.6bar를 넘는 압력 및 20°C의 주위 온도에서 액상으로 저장할 수 있다. 그러나 암모니아는 주위 온도가 상승할 때 액체 상태를 유지하기 위해 바람직하게는 약 17bar 이상에서 저장된다. Referring to FIG. 4 , an ammonia fuel system 30 comprising a purge and ammonia absorption system 60 is disclosed in more detail. Ammonia is stored as a liquid in a pressurized storage tank 31 at approximately 17 bar. Ammonia can be stored as a liquid in an ammonia storage tank (31) at a pressure in excess of 8.6 bar and an ambient temperature of 20°C. However, the ammonia is preferably stored above about 17 bar to remain liquid when the ambient temperature rises.

저압 암모니아 공급 라인(32)은 암모니아 저장 탱크(31)의 출구를 중압 피드 펌프(35)의 입구에 연결한다. 저압 피드 펌프(33)는 액상 암모니아를 탱크(31)에서 필터 장치(34)를 통해 중압 피드 펌프(35)의 입구로 강제 공급한다. 중압 피드 펌프(35)는 액체 암모니아를 중압 암모니아 공급 라인(36)을 통해 연료 밸브(50)로 강제 공급한다. 연료 밸브(50)에 공급되는 액체 암모니아의 일부는 엔진의 연소실 내로 분사되는 반면 연료 밸브(50)에 공급되는 액체 암모니아의 다른 부분은 연료 밸브(50)의 리턴 포트를 저압 공급 라인(32)에 연결하는 암모니아 리턴 라인(38)으로 리턴 된다. 따라서, 액체 암모니아 연료의 일부는 중압 피드 펌프(35)의 입구로 재순환된다.A low pressure ammonia supply line 32 connects the outlet of the ammonia storage tank 31 to the inlet of the medium pressure feed pump 35. The low-pressure feed pump 33 forcibly supplies liquid ammonia from the tank 31 through the filter device 34 to the inlet of the medium-pressure feed pump 35. The medium pressure feed pump 35 forcibly supplies liquid ammonia to the fuel valve 50 through the medium pressure ammonia supply line 36. A portion of the liquid ammonia supplied to the fuel valve 50 is injected into the combustion chamber of the engine while another portion of the liquid ammonia supplied to the fuel valve 50 connects the return port of the fuel valve 50 to the low pressure supply line 32. It is returned to the connecting ammonia return line (38). Accordingly, a portion of the liquid ammonia fuel is recycled to the inlet of the medium pressure feed pump 35.

암모니아 연료에 의한 작동이 예컨대 암모니아 연료 시스템(30)의 고장으로 인해 또는 기존 연료로 전환하기 위한 다른 이유로 인해 중단될 경우 암모니아 연료 시스템(30)은 시스템에서 암모니아를 제거하기 위해 퍼지 된다. 여기에서, 가압 질소 공급원(40), 예컨대 가압 질소 용기(40)는 퍼지 밸브(41)를 통해 중압 암모니아 공급 라인(36), 바람직하게는 중압 피드 펌프(35)의 바로 하류에 연결된다. When operation on ammonia fuel is discontinued, for example, due to failure of the ammonia fuel system 30 or other reason for switching to conventional fuel, the ammonia fuel system 30 is purged to remove ammonia from the system. Here, a pressurized nitrogen source 40, for example a pressurized nitrogen container 40, is connected via a purge valve 41 to a medium-pressure ammonia supply line 36, preferably immediately downstream of the medium-pressure feed pump 35.

제2 퍼지 밸브(43)를 포함하는 제1 퍼지 라인(42)은 중압 암모니아 공급 라인(36)을 녹아웃 드럼(46)에 연결한다. 제3 퍼지 밸브(45)를 포함하는 제2 퍼지 라인(44)은 암모니아 리턴 라인(38)을 녹아웃 드럼(46)에 연결한다. 퍼지 작업에서 제1, 제2 및 제3 퍼지 밸브(41, 43, 45)가 열리고 가압된 질소는 잔류 암모니아 연료를 암모니아 연료 공급 및 리턴 라인(36, 38)에서 녹아웃 드럼(46) 내로 몰아낸다. 녹아웃 드럼(46)은 기상 암모니아로부터 액상 암모니아 연료를 분리하도록 구성된다. 질소 벤트 밸브(49)를 포함하는 질소 벤트 라인(48)은 녹아웃 드럼(46)으로부터 질소를 배출하기 위해 주변 환경에 녹아웃 드럼(46)의 내부를 연결한다. 액상 암모니아 출구는 녹아웃 드럼(46)의 하부 영역에 배치되고 회수 탱크(57)에 연결된다. 회수 탱크(57)의 액체 암모니아는 일 실시예에서 암모니아 연료로 사용하기 위해 암모니아 저장 탱크(31)로 운반된다. 녹아웃 드럼(46)의 기상 암모니아 출구는 제3 퍼지 라인(47)을 통해 암모니아 흡수 시스템(60)에 연결된다.A first purge line 42 comprising a second purge valve 43 connects the medium pressure ammonia supply line 36 to the knockout drum 46 . A second purge line (44) comprising a third purge valve (45) connects the ammonia return line (38) to the knockout drum (46). In the purge operation, the first, second and third purge valves 41, 43 and 45 are opened and pressurized nitrogen drives residual ammonia fuel from the ammonia fuel supply and return lines 36 and 38 into the knockout drum 46. The knockout drum 46 is configured to separate liquid ammonia fuel from gaseous ammonia. A nitrogen vent line 48 including a nitrogen vent valve 49 connects the interior of the knockout drum 46 to the ambient environment to evacuate nitrogen from the knockout drum 46 . The liquid ammonia outlet is located in the lower region of the knockout drum 46 and is connected to the recovery tank 57. Liquid ammonia in recovery tank 57 is conveyed to ammonia storage tank 31 for use as ammonia fuel in one embodiment. The vapor phase ammonia outlet of the knockout drum 46 is connected to the ammonia absorption system 60 via a third purge line 47.

암모니아 흡수 시스템(60)은 사용 중에 암모니아를 물에 흡수하여 암모니아수를 형성하기 위한 물로 적어도 부분적으로 채워지는 적어도 하나의 용기를 포함한다. 암모니아수(aqueous ammonia)라고도 하는 암모니아수(ammonia water)는 물에 암모니아를 녹인 용액이다. The ammonia absorption system 60 includes at least one vessel that is at least partially filled with water for absorbing ammonia into the water to form aqueous ammonia during use. Ammonia water, also called aqueous ammonia, is a solution of ammonia dissolved in water.

본 실시예는 사용 중에 적어도 부분적으로 물로 채워진 압력 용기(58)를 포함한다. 압력 용기(58)는 물에 암모니아를 용해할 때 열이 생성되고 물의 온도가 증가함에 따라 암모니아를 흡수하는 물의 능력이 감소하기 때문에 바람직하게 냉각된다(냉각 수단은 도시되지 않음). 따라서, 냉각 수단은 암모니아를 흡수하는 압력 용기(58) 내 물의 용량을 최적화하기 위해 압력 용기 내 물의 온도를 감소시키는 것을 유지하도록 구성된다.This embodiment includes a pressure vessel 58 that is at least partially filled with water during use. Pressure vessel 58 is preferably cooled (cooling means not shown) because dissolving ammonia in water generates heat and the ability of water to absorb ammonia decreases as the temperature of the water increases. Accordingly, the cooling means is configured to keep the temperature of the water in the pressure vessel 58 reduced in order to optimize the capacity of the water in the pressure vessel 58 to absorb ammonia.

압력 용기(58)는 압력 용기 암모니아 공급 도관(59)을 통해 기체 암모니아를 수용하기 위한 기체 암모니아 입구를 갖는다. 압력 용기 암모니아 공급 도관(59)은 압력 용기(58)로부터 제3 퍼지 라인(47)으로 유체의 역류를 방지하기 위한 역류 방지 밸브(73)를 포함한다. 압력 용기(58)는 도관을 통해 (담수) 물(71)의 가압 공급원에 연결된 (담수) 물에 대한 입구를 갖는다. 현재 문맥에서 담수는 상당한 양의 암모니아가 용해되지 않은 물이므로 여전히 암모니아를 흡수할 수 있는 잠재력이 거의 남아 있다. 압력 용기(58) 내의 수위는 상부와 하부 레벨 사이에서 조절된다. 압력 용기(58)에 공급된 기체 암모니아는 물에 흡수되어 암모니아수를 형성한다. 물은 더 높은 압력에서 더 많은 양의 기상 암모니아를 흡수할 수 있기 때문에 압력 용기의 압력은 조절되고 적절한 고압으로 유지된다. 압력 용기(58)에는 암모니아수 출구가 제공된다. 압력 용기(58) 내로 허용되는 담수의 양 및 압력 용기(58)로부터 배출되는 암모니아수의 양은 암모니아를 흡수하기에 충분한 용량이 있음을 보장하도록 제어된다. 암모니아수 출구는 암모니아수 배출 도관(75)을 통해 제3 리턴 라인(55)에 연결된다. 암모니아수 배출 도관(75)은 압력 용기(58)로부터 제3 리턴 라인(55)으로의 유동을 제어하기 위한 밸브(76)를 포함한다. 제3 리턴 라인(5)으로부터, 암모니아수는 SCR 반응기에서 환원제로 사용되는 SCR 반응기로, 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 엔진에서 연료로 사용되는 저압 암모니아 공급 라인으로 운반된다. 제3 퍼지 라인(47)은 압력 조절 밸브(74)를 포함하고, 이는 제3 퍼지 라인(47)의 미리 결정된 압력이 초과될 때 열린다. 미리 결정된 이 압력은 기상 암모니아가 연속해서 연결된 3개의 흡수 탱크, 즉 제1 흡수 탱크(61), 중간 흡수 탱크(63) 및 마지막 흡수 탱크(65)의 캐스케이드로 대신 라우팅 되도록 보장하는 압력 용기(58)가 작동할 수 있는 최대 압력에 해당한다. 다른 실시예에서, 제3 퍼지 라인(47)으로부터 압력 용기(58) 또는 물 탱크(61, 63, 65) 캐스케이드로의 기상 암모니아 유동의 제어는 대신에 도시된 압력 조절 시스템의 전자 제어 밸브(미도시)에 의해 제어된다.The pressure vessel 58 has a gaseous ammonia inlet for receiving gaseous ammonia through a pressure vessel ammonia supply conduit 59. The pressure vessel ammonia supply conduit 59 includes a non-return valve 73 to prevent back flow of fluid from the pressure vessel 58 to the third purge line 47. The pressure vessel 58 has an inlet for (fresh water) water connected via a conduit to a pressurized source of (fresh water) water 71 . Fresh water in the current context is water that has not dissolved a significant amount of ammonia, so it still has little potential to absorb ammonia. The water level in the pressure vessel 58 is regulated between an upper and a lower level. Gaseous ammonia supplied to the pressure vessel 58 is absorbed into water to form aqueous ammonia. The pressure in the pressure vessel is regulated and maintained at an appropriate high pressure, since water can absorb a greater amount of gaseous ammonia at higher pressures. The pressure vessel 58 is provided with an ammonia water outlet. The amount of fresh water allowed into the pressure vessel 58 and the amount of ammonia water discharged from the pressure vessel 58 are controlled to ensure that there is sufficient capacity to absorb the ammonia. The ammonia water outlet is connected to the third return line 55 through the ammonia water discharge conduit 75. The ammonia water discharge conduit 75 includes a valve 76 for controlling the flow from the pressure vessel 58 to the third return line 55. From the third return line 5, aqueous ammonia is conveyed to the SCR reactor where it is used as a reducing agent, or to the low pressure ammonia feed line where it is used as a fuel in the engine as described in more detail below. The third purge line 47 includes a pressure regulating valve 74, which opens when a predetermined pressure in the third purge line 47 is exceeded. This predetermined pressure ensures that the gaseous ammonia is instead routed to a cascade of three absorption tanks connected in series: the first absorption tank (61), the intermediate absorption tank (63) and the last absorption tank (65). ) corresponds to the maximum pressure at which it can operate. In another embodiment, control of the gaseous ammonia flow from the third purge line 47 to the pressure vessel 58 or water tank 61, 63, 65 cascade is instead controlled by an electronic control valve (not shown) of the pressure regulating system shown. city) is controlled by

마지막 흡수 탱크(65)에는 마지막 흡수 탱크(65)를 주변과 연결하는 제4 벤트(66)가 제공된다. 일 실시예에서, 마지막 흡수 탱크(65) 내 물 위의 대기에서 더 낮은 농도의 암모니아를 얻기 위해 3개보다 많은 흡수 탱크가 있으며, 이에 따라 제4 벤트(66)를 통해 배출되는 가스에서 더 낮은 농도의 암모니아를 얻는다.The last absorption tank 65 is provided with a fourth vent 66 connecting the last absorption tank 65 with the surroundings. In one embodiment, there are more than three absorption tanks to obtain a lower concentration of ammonia in the atmosphere above the water in the last absorption tank (65), and thus a lower concentration in the gas exiting through the fourth vent (66). concentration of ammonia is obtained.

흡수 탱크 캐스케이드의 흡수 효율은 마지막 흡수 탱크(65) 내 물을 (담수) 물의 가압 공급원(71)에서 정기적으로 교체하고 상류 탱크에서 약간 오염된 물을 재사용함으로써 유지된다. 따라서, 물 공급원(71)의 물로 대체된 일부 암모니아가 흡수된 마지막 탱크(65)의 물은 제1 물 리턴 밸브(68)에 의해 제어되는 제1 물 리턴 라인(67)을 통해 중간 흡수 탱크(63)로 운반된다. 유사하게, 중간 흡수 탱크(63)의 물은 제2 물 리턴 밸브(70)에 의해 제어되는 제2 물 리턴 라인(69)을 통해 제1 흡수 탱크(61)로 운반된다. 시스템은 제1 암모니아 탱크(61)에서 제거된 흡수 탱크(61, 63, 65) 내 물과 암모니아수의 증발을 보상하도록 구성된다. 즉, 흡수 탱크의 수위는 도 4의 점선으로 표시된 최소값과 최대값 사이에서 유지된다.The absorption efficiency of the absorption tank cascade is maintained by regularly replacing the water in the last absorption tank 65 from a pressurized source of (fresh) water 71 and reusing slightly contaminated water from the upstream tank. Therefore, the water in the last tank 65 in which some ammonia has been absorbed replaced by the water in the water supply source 71 passes through the first water return line 67 controlled by the first water return valve 68 to the intermediate absorption tank ( 63) is transported. Similarly, the water in the intermediate absorption tank 63 is conveyed to the first absorption tank 61 through the second water return line 69 controlled by the second water return valve 70 . The system is configured to compensate for evaporation of ammonia water and water in the absorption tanks 61, 63, 65 removed from the first ammonia tank 61. That is, the water level in the absorption tank is maintained between the minimum and maximum values indicated by dotted lines in FIG. 4 .

제1 흡수 탱크(61) 내 물 위의 암모니아 가스(fume)는 제1 암모니아 벤트 라인(62)을 통해 중간 흡수 탱크(63)로 유동한다. 중간 흡수 탱크(63)에서 물 위의 암모니아 가스는 제2 암모니아 벤트 라인(64)을 통해 마지막 흡수 탱크(65)로 유동한다. 공정은 바람직하게는 퍼지 공정의 압력에 의해 구동된다.The ammonia gas (fume) above the water in the first absorption tank (61) flows to the intermediate absorption tank (63) through the first ammonia vent line (62). The ammonia gas above the water in the intermediate absorption tank (63) flows through the second ammonia vent line (64) to the last absorption tank (65). The process is preferably driven by the pressure of the purge process.

제4 벤트(66)의 암모니아 농도는 주변으로 벤트 될 수 있을 만큼 충분히 낮다. 그러나 규정을 준수해야 하는 경우 벤트 마스트(vent mast)에서 배출되는 암모니아는 흡수 매체가 산(acid)인 추가 흡수탑을 도입하여 더 줄일 수 있다. 산은 수산화 암모늄의 형성 하에 NH3(aq)를 양성자화 하여 대기 중으로 배출되는 암모니아를 줄인다.The ammonia concentration of the fourth vent 66 is low enough to be vented to the surroundings. However, where compliance is required, ammonia from vent masts can be further reduced by introducing additional absorption towers in which the absorption medium is acid. The acid protonates NH3(aq) under the formation of ammonium hydroxide, reducing ammonia emissions to the atmosphere.

결과적으로 제1 흡수 탱크(61)의 수중 암모니아 농도는 중간 흡수 탱크(63)의 수중 암모니아 농도보다 높고 중간 흡수 탱크(63)의 수중 암모니아 농도는 마지막 암모니아 흡수 탱크(65)의 수중 암모니아 농도보다 높다.As a result, the ammonia concentration in water in the first absorption tank 61 is higher than that in the intermediate absorption tank 63 and the ammonia concentration in water in the intermediate absorption tank 63 is higher than that in the last ammonia absorption tank 65. .

제1 흡수 탱크(61)의 암모니아수는 리턴 펌프(52)를 포함하는 제1 암모니아수 리턴 라인(51)을 통해 제1 흡수 탱크(61)로부터 제거된다. 제1 리턴 밸브(54)를 포함하는 제2 암모니아수 리턴 라인(53)은 제1 암모니아수 리턴 라인(51)을 저압 암모니아 공급 라인(32)에 연결한다. 따라서, 제1 리턴 밸브(54)가 열리면 제1 흡수 탱크(61)에서 유래하는 상대적으로 암모니아 농도가 높은 암모니아수가 암모니아 저장 탱크(31)에서 나오는 연료와 혼합되고 암모니아 흡수 시스템(60)에 의해 흡수된 암모니아는 이에 의해 엔진용 연료로 재사용된다. 제2 리턴 밸브(56)를 포함하는 제3 암모니아수 리턴 라인(55)은 제1 리턴 라인(51)을 SCR 반응기(28)와 관련된 환원제 입구에 연결한다. 환원제 입구는 SCR 반응기(28)의 일부이거나 SCR 반응기(28) 상류의 배기가스 유로에 배치될 수 있다. 따라서, 제2 리턴 밸브(56)가 열리면 암모니아 흡수 시스템(60)에 의해 흡수된 암모니아는 SCR 반응기(28)에서 환원제로 사용된다.The ammonia water in the first absorption tank 61 is removed from the first absorption tank 61 through the first ammonia water return line 51 including the return pump 52 . The second ammonia water return line 53 including the first return valve 54 connects the first ammonia water return line 51 to the low pressure ammonia supply line 32 . Therefore, when the first return valve 54 is opened, the ammonia water having a relatively high ammonia concentration from the first absorption tank 61 is mixed with the fuel from the ammonia storage tank 31 and absorbed by the ammonia absorption system 60. The released ammonia is thereby reused as fuel for the engine. A third ammonia water return line 55 comprising a second return valve 56 connects the first return line 51 to the reducing agent inlet associated with the SCR reactor 28 . The reducing agent inlet may be part of the SCR reactor 28 or may be located in the exhaust gas flow path upstream of the SCR reactor 28. Therefore, when the second return valve 56 is opened, the ammonia absorbed by the ammonia absorption system 60 is used as a reducing agent in the SCR reactor 28.

물 탱크(61, 63, 65) 시스템의 캐스케이드는 완전히 수동적이다. 즉, 암모니아의 차단 흡수가 필요할 때 펌프 또는 기타 보조 시스템을 사용할 필요가 없다. 따라서 이 시스템은 본질적으로 신뢰할 수 있고 필요할 때 사용할 수 있다.The cascade of water tank 61, 63, 65 system is completely passive. That is, there is no need to use pumps or other auxiliary systems when barrier absorption of ammonia is required. Thus, the system is inherently reliable and available when needed.

저압 암모니아 공급 라인(32), 중압 암모니아 공급 라인(36) 및 암모니아 리턴 라인(38)은 실시예에서 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 공간이 있는 이중벽 배관으로 전체적으로 또는 부분적으로 구성된다. 본 실시예에서는 내관과 외관 사이의 공간이 퍼지 시스템과 연결되어, 내관과 외관 사이의 공간으로 부주의하게 누출된 암모니아 연료가 암모니아 흡수 시스템(60)에 연결되어 흡수되게 된다. 따라서, 임의의 연료 라인에서 누출이 있는 경우 암모니아가 주위로 부주의하게 유입되는 것을 암모니아 흡수 시스템(60)에서 흡수를 통해 피할 수 있다. 바람직하게는, 내부와 외부 배관 사이의 공간에서 암모니아의 존재를 감지하는 감지 시스템이 제공되어, 암모니아가 공간에서 감지되면 작동 중인 암모니아의 중단을 허용하고, 이어서 암모니아 연료 시스템의 후속 퍼지 및 흡수 퍼지 시스템(60) 내로 잔류 암모니아의 흡수가 뒤따른다.The low pressure ammonia supply line 32, the medium pressure ammonia supply line 36 and the ammonia return line 38 are, in an embodiment, entirely or partly constructed of double-walled piping with a space between the inner pipe and the outer pipe. In this embodiment, the space between the inner tube and the exterior is connected to the purge system, so that the ammonia fuel inadvertently leaked into the space between the inner tube and the exterior is connected to the ammonia absorption system 60 to be absorbed. Thus, absorption in the ammonia absorption system 60 avoids the inadvertent introduction of ammonia into the surroundings in the event of a leak in any fuel line. Preferably, a detection system is provided that detects the presence of ammonia in the space between the inner and outer piping, allowing ammonia to be shut down in operation if ammonia is detected in the space, followed by a subsequent purge of the ammonia fuel system and the absorbent purge system. (60) followed by absorption of residual ammonia.

전자제어장치(100)는 신호 라인을 통해 또는 연료 시스템(30), 퍼지 시스템 및 암모니아 흡수 시스템(60)의 펌프 및 밸브에 무선으로 연결된다. 전자제어장치(100)는 예컨대 펌프의 속도를 조절하고 각각의 밸브의 개폐를 제어함으로써 이러한 구성요소를 제어하여 전술한 바와 같은 연료 시스템 및 퍼지 및 흡수 시스템의 작동을 보장하도록 구성된다.The electronic control unit 100 is connected via signal lines or wirelessly to the pumps and valves of the fuel system 30, the purge system and the ammonia absorption system 60. The electronic control unit 100 is configured to control these components by, for example, adjusting the speed of the pump and controlling the opening and closing of each valve to ensure operation of the fuel system and the purge and absorption system as described above.

도 5는 연료, 퍼지 및 암모니아 흡수 시스템이 있는 엔진의 제2 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 본 명세서에서 앞서 설명하거나 도시한, 대응하는 구조 및 특징과 같거나 유사한 구조 및 특징은 단순화를 위해 종전에 사용한 것과 같은 참조 번호로 표시한다. 도 5에 따른 실시예는 캐스케이드 물 탱크가 충전식(packed) 흡수탑(78)으로 대체된다는 점을 제외하고는 도 5에 따른 실시예와 본질적으로 같다. 충전식 흡수탑(78)은 암모니아 가스 흡수 및 후속적인 암모니아수 배출을 위해 사용된다. 충전식 흡수탑(78)에서의 기액(물) 접촉은 연속적이다. 물은 패킹 표면을 통해 흡수탑에서 아래로 흐르고 기상 암모니아는 흡수탑(78) 위로 역류하여 이동한다. 충전식 흡수탑(78)은 패킹된 섹션을 갖는 용기이다. 흡수탑은 적층 된 하나 이상의 구조화된 패킹 섹션으로 채워진다. 충전식 흡수탑(78)은 압력 조절 밸브(74)를 통해 제3 퍼지 라인(47)에 연결된 암모니아 가스를 수용하기 위한 입구를 갖는다. 충전식 흡수탑에는 제1 암모니아수 리턴 라인(51)에 연결되는 암모니아수 출구가 있다. 가압된 (담수) 물의 공급원(71)은 충전식 흡수탑(78) 및 구조화된 패킹 섹션 위에 배치된 입구에 연결된다. 패킹된 섹션 위의 공간을 주변으로 환기시키기 위한 벤트(76)가 제공된다. 가압된 (담수) 물 공급원(71) 물 흐름의 규모는 충전식 흡수탑(78) 내로 기상 암모니아 유동의 규모에 맞게 조정된다. 충전식 흡수탑(78)의 바닥에 모이는 암모니아수의 양을 조절하여 필요시 중간 암모니아수 저장 탱크(미도시)로 운반한다.Figure 5 shows a second embodiment of an engine with a fuel, purge and ammonia absorption system. In these embodiments, structures and features identical or similar to corresponding structures and features previously described or illustrated herein are denoted by reference numerals as previously used for simplicity. The embodiment according to FIG. 5 shows that the cascade water tank is packed. It is essentially the same as the embodiment according to FIG. 5 except that it is replaced by an absorption tower 78 . The packed absorption tower 78 is used for ammonia gas absorption and subsequent discharge of ammonia water. Gas-liquid (water) contact in the packed absorption tower 78 is continuous. Water flows down the absorber through the packing surfaces and gaseous ammonia moves countercurrently up the absorber 78. Packed absorption tower 78 is a vessel having packed sections. The absorption tower is filled with one or more structured packing sections stacked on top of each other. Packed absorption tower 78 has an inlet for receiving ammonia gas connected to third purge line 47 via pressure regulating valve 74. The packed absorption tower has an ammonia water outlet connected to the first ammonia water return line 51. A source of pressurized (fresh water) water 71 is connected to the packed absorber 78 and to the inlet disposed above the structured packing section. Vents 76 are provided to ventilate the space above the packed section to ambient. The pressurized (freshwater) water source 71 water flow is scaled to match the size of the gaseous ammonia flow into the packed absorber 78. The amount of ammonia water collected at the bottom of the packed absorption tower 78 is adjusted and transported to an intermediate ammonia water storage tank (not shown) if necessary.

다양한 양태와 실시예가 본원의 다양한 실시예와 관련하여 설명되었다. 그러나, 개시된 실시예에 대한 다른 변형은 도면, 개시 및 첨부한 청구 범위의 연구로 청구된 주제를 실시할 때 당업자가 이해하고 수행할 수 있다. 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "하나” 또는 “한”은 복수를 배제하지 않는다.Various aspects and embodiments have been described in connection with various embodiments herein. However, other modifications to the disclosed embodiments may be understood and effected by those skilled in the art when practicing the claimed subject matter upon a study of the drawings, disclosure and appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality.

청구 범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석하지 않아야 한다. 별로도 지시되지 않는 한, 도면은 명세서와 함께 판독(예: 교차 해칭(cross-hatching), 부품 배치, 비율, 정도 등)을 의도하고, 본 개시 내용의 전체 서면 설명의 일부로 간주되어야 한다. Reference signs used in the claims should not be construed as limiting the scope. Unless otherwise indicated, the drawings are intended to be read along with the specification (eg, cross-hatching, parts arrangement, proportions, degrees, etc.) and are to be considered part of the entire written description of the present disclosure.

Claims (15)

주 연료가 암모니아인 적어도 하나의 작동 모드를 갖는 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관에 있어서,
- 실린더 라이너(1), 그 내부의 왕복 피스톤(10) 및 실린더를 덮는 실린더 커버(22)를 갖는 적어도 하나의 실린더;
- 상기 왕복 피스톤(10)과 상기 실린더 커버(22) 사이의 상기 실린더 내부에 형성되는 연소실;
- 상기 실린더 커버(22) 또는 상기 실린더 라이너(1)에 배치된 연료 밸브(50,50')에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30);
- 암모니아 흡수 시스템(60); 및
- 암모니아 배출 유로(42, 44, 47)를 포함하며,
상기 암모니아 배출 유로(42, 44, 47)는 상기 암모니아 연료 시스템(30)의 출구를 상기 암모니아 흡수 시스템(60)의 입구에 연결하고,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 상기 배출 유로를 통해 공급된 암모니아를 물 안으로 흡수하여 암모니아수를 형성하기 위해 사용 중에 상기 물을 함유하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
A large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine having at least one mode of operation in which the primary fuel is ammonia, comprising:
- at least one cylinder having a cylinder liner (1), a reciprocating piston (10) therein and a cylinder cover (22) covering the cylinder;
- a combustion chamber formed inside the cylinder between the reciprocating piston (10) and the cylinder cover (22);
- an ammonia fuel system (30) configured to supply pressurized ammonia to fuel valves (50, 50') disposed on the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1);
- ammonia absorption system 60; and
-Including ammonia discharge channels (42, 44, 47),
The ammonia discharge passages 42, 44, and 47 connect the outlet of the ammonia fuel system 30 to the inlet of the ammonia absorption system 60,
wherein the ammonia absorption system (60) absorbs ammonia supplied through the discharge passage into water and contains the water during use to form ammonia water.
제1항에 있어서,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 사용 중에 적어도 부분적으로 물로 채워진 적어도 하나의 용기(58, 61, 63, 65, 78)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 용기(58, 61, 63, 65, 78)는 바람직하게는 물 공급원(71)에 연결하기 위한 물 입구를 포함하고, 바람직하게는 상기 암모니아수의 배출을 위한 암모니아수 출구를 포함하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
said ammonia absorption system (60) comprising at least one container (58, 61, 63, 65, 78) at least partially filled with water during use;
The at least one container (58, 61, 63, 65, 78) preferably includes a water inlet for connection to a water source (71), and preferably includes an ammonia water outlet for discharging the ammonia water, Large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine.
제2항에 있어서,
상기 암모니아수 출구는 상기 엔진에서 상기 암모니아수를 연소시키기 위해 상기 암모니아 연료 시스템(30)에 연결되는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 2,
wherein the ammonia water outlet is connected to the ammonia fuel system (30) for combusting the ammonia water in the engine.
제2항에 있어서,
상기 엔진의 배기가스 유로에 SCR 반응기(28)를 포함하며,
상기 암모니아수 출구는 상기 SCR 반응기(28)와 관련된 환원제 입구에 연결되는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 2,
An SCR reactor 28 is included in the exhaust gas flow path of the engine,
wherein the ammonia water outlet is connected to the reducing agent inlet associated with the SCR reactor (28).
제1항에 있어서,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 사용 중에 적어도 부분적으로 물로 채워지는 압력 용기(58)를 포함하며,
상기 압력 용기(58)에는 바람직하게는 상기 압력 용기(58)의 온도를 낮추기 위한 냉각 시스템이 제공되고,
상기 압력 용기(58)는 바람직하게는 기상 암모니아를 흡입하기 위한 기상 암모니아 입구를 포함하고,
상기 압력 용기(58)는 바람직하게는 물 공급원(71)에 연결되고,
상기 압력 용기(58)는 바람직하게는 암모니아수 배출을 위한 암모니아수 출구를 갖는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
The ammonia absorption system (60) includes a pressure vessel (58) that is at least partially filled with water during use;
The pressure vessel (58) is preferably provided with a cooling system for lowering the temperature of the pressure vessel (58);
The pressure vessel (58) preferably includes a gaseous ammonia inlet for aspirating gaseous ammonia;
The pressure vessel (58) is preferably connected to a water source (71),
The pressure vessel (58) preferably has an ammonia water outlet for discharging the ammonia water.
제1항에 있어서,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 충전식 흡수탑(78)을 포함하고,
상기 충전식 흡수탑(78)은 바람직하게는 기상 암모니아를 흡입하기 위한 기상 암모니아 입구를 포함하고,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 바람직하게는 물 공급원(71)에 연결되고,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 바람직하게는 암모니아수의 배출을 위한 암모니아수 출구를 갖는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
The ammonia absorption system 60 includes a packed absorption tower 78,
The packed absorption tower 78 preferably includes a gaseous ammonia inlet for sucking gaseous ammonia,
The ammonia absorption system (60) is preferably connected to a water source (71),
The ammonia absorption system (60) preferably has an ammonia water outlet for discharging the ammonia water.
제1항에 있어서,
상기 암모니아 흡수 시스템(60)은 사용 중에 물이 적어도 부분적으로 채워지는 캐스케이드(cascade) 물 탱크(61, 63, 65), 바람직하게는 기상 암모니아 입구와 기상 암모니아 출구, 물 입구 및 암모니아수 출구를 포함하는 제1 물 탱크(61), 바람직하게는 상기 제1 물 탱크(61)의 기상 암모니아 출구에 연결된 기상 암모니아 입구를 포함하는 후속 물 탱크(62, 63) 및 상기 제1 물 탱크(61)의 물 입구와 암모니아 기상 출구에 연결되는 암모니아수 출구를 포함하며,
상기 캐스케이드 물 탱크(61, 63, 65)는 바람직하게는 기상 암모니아의 유동에 대한 물 유동의 역류를 위해 구성되고, 사용 중에 기상 암모니아의 유동에서 가장 상류 탱크(61)는 상기 탱크(61) 내의 물에서 암모니아 농도가 가장 높고 암모니아수 출구가 제공되며, 사용 중에 기상 암모니아의 유동에서 가장 하류 탱크(65)는 상기 탱크(65) 내의 물에서 암모니아 농도가 가장 낮고, 기상 암모니아의 유동에서 상기 가장 하류 탱크에는 바람직하게는 상기 탱크(65)로부터 기상 물질을 배출하기 위한 벤트가 제공되는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
The ammonia absorption system (60) comprises cascade water tanks (61, 63, 65) at least partially filled with water during use, preferably comprising a gaseous ammonia inlet and a gaseous ammonia outlet, a water inlet and an ammonia water outlet. A first water tank (61), preferably a subsequent water tank (62, 63) comprising a gaseous ammonia inlet connected to the gaseous ammonia outlet of the first water tank (61) and water in the first water tank (61) Including an ammonia water outlet connected to the inlet and the ammonia vapor outlet,
The cascade water tanks (61, 63, 65) are preferably configured for countercurrent of the flow of water to the flow of gaseous ammonia, and in use the tank 61 most upstream of the flow of gaseous ammonia is in the tank (61). An ammonia water outlet is provided with the highest ammonia concentration in water, and the most downstream tank 65 in the flow of gaseous ammonia during use has the lowest ammonia concentration in the water in the tank 65, and the most downstream tank 65 in the flow of gaseous ammonia. A large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine, preferably provided with a vent for discharging gaseous substances from said tank (65).
제1항에 있어서,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 상기 연료 시스템(30)에서 상기 암모니아 흡수 시스템(60)으로 암모니아를 배출하도록 구성된 퍼지 시스템을 포함하며, 상기 퍼지 시스템은 바람직하게는 가압 질소 공급원(40)을 포함하고,
상기 가압 질소 공급원(40)은 바람직하게는 퍼지 밸브(41)를 통해 상기 연료 시스템에 연결되고,
상기 퍼지 시스템은 바람직하게는 상기 암모니아 연료 시스템(30)에서 상기 암모니아 흡수 시스템(60)으로 암모니아를 퍼지하기 위해 암모니아 배출 유로를 사용하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
The ammonia fuel system (30) includes a purge system configured to evacuate ammonia from the fuel system (30) to the ammonia absorption system (60), the purge system preferably including a pressurized nitrogen source (40) ,
the pressurized nitrogen source (40) is connected to the fuel system, preferably through a purge valve (41);
The purge system preferably uses an ammonia discharge passage to purge ammonia from the ammonia fuel system (30) to the ammonia absorption system (60).
제8항에 있어서,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 중압 암모니아 공급 라인(36)과 암모니아 리턴 라인(38), 상기 중압 암모니아 공급 라인(36)을 상기 암모니아 흡수 시스템(60)에 연결하는 제1 퍼지 라인(42), 상기 암모니아 리턴 라인(38)을 상기 암모니아 흡수 시스템(60)에 연결하는 제2 퍼지 라인(44) 및 바람직하게는 상기 중압 암모니아 공급 라인(36)과 상기 암모니아 리턴 라인(38)을 상기 암모니아 흡수 시스템(60)에 선택적으로 연결하기 위한 밸브 장치를 포함하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 8,
The ammonia fuel system 30 includes an intermediate pressure ammonia supply line 36 and an ammonia return line 38, a first purge line 42 connecting the intermediate pressure ammonia supply line 36 to the ammonia absorption system 60, A second purge line 44 connecting the ammonia return line 38 to the ammonia absorption system 60 and preferably the intermediate pressure ammonia supply line 36 and the ammonia return line 38 to the ammonia absorption system A large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine comprising a valve arrangement for selective connection to (60).
제9항에 있어서,
상기 제1 및/또는 제2 퍼지 라인(42, 44)에 녹아웃 드럼(46)을 포함하며,
상기 녹아웃 드럼(46)은 기상 암모니아로부터 액상 암모니아를 분리하도록 구성되고, 상기 녹아웃 드럼(46)은 기상 암모니아 출구와 액상 암모니아 출구를 포함하고, 상기 기상 암모니아 출구는 상기 암모니아 흡수 시스템(60)에 연결되고, 상기 액상 암모니아 출구는 바람직하게는 회수 탱크(57)에 연결되고, 상기 회수 탱크(57)는 차례로 상기 암모니아 연료 시스템(30)에 연결되는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 9,
a knockout drum (46) in the first and/or second purge line (42, 44);
The knockout drum (46) is configured to separate liquid ammonia from gaseous ammonia, the knockout drum (46) includes a gaseous ammonia outlet and a liquid ammonia outlet, the gaseous ammonia outlet being connected to the ammonia absorption system (60). wherein the liquid ammonia outlet is preferably connected to a recovery tank (57), which in turn is connected to the ammonia fuel system (30).
제1항에 있어서,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 공급 라인(32, 36)과 리턴 라인(38)을 포함하며,
상기 공급 라인(32, 36)과 상기 리턴 라인(38)을 형성하는 배관은 이중벽 배관을 포함하고, 상기 이중벽 배관의 내관과 상기 이중벽 배관의 외관 사이의 공간은 상기 암모니아 배출 유로에 의해 상기 암모니아 흡수 시스템(60)에 유체 연결되는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
The ammonia fuel system (30) includes supply lines (32, 36) and a return line (38),
The pipe forming the supply lines 32 and 36 and the return line 38 includes a double wall pipe, and a space between an inner pipe of the double wall pipe and an outer pipe of the double wall pipe absorbs the ammonia by the ammonia discharge passage. A large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine, fluidly connected to system 60.
제1항에 있어서,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 액상 암모니아 연료 탱크(31) 및 저압 펌프의 작용에 의해 상기 액상 암모니아 연료 탱크(31)를 중압 연료 펌프(35)의 입구에 연결하는 저압 암모니아 공급 라인(32)을 포함하고,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 바람직하게는 상기 중압 펌프(35)의 출구를 상기 연료 밸브(50, 50')의 입구에 연결하는 중압 공급 라인(36)을 포함하고,
상기 암모니아 연료 시스템(30)은 바람직하게는 상기 연료 밸브(50, 50')의 출구를 상기 중압 연료 펌프(35)의 입구에 연결하는 리턴 라인(38)을 포함하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관.
According to claim 1,
The ammonia fuel system 30 includes a liquid ammonia fuel tank 31 and a low pressure ammonia supply line 32 connecting the liquid ammonia fuel tank 31 to the inlet of the intermediate pressure fuel pump 35 by the action of the low pressure pump. include,
The ammonia fuel system (30) preferably includes a medium pressure supply line (36) connecting the outlet of the medium pressure pump (35) to the inlet of the fuel valve (50, 50');
The ammonia fuel system (30) is preferably a large two-stroke single-flow scavenge type, including a return line (38) connecting the outlet of the fuel valves (50, 50') to the inlet of the intermediate pressure fuel pump (35). Turbocharged internal combustion engine.
주 연료가 암모니아인 적어도 하나의 작동 모드를 갖는 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관에서 암모니아를 관리하는 방법에 있어서, 상기 엔진은,
- 실린더 라이너(1)와 그 내부의 왕복 피스톤(10) 및 실린더를 덮는 실린더 커버(22)를 갖는 적어도 하나의 실린더,
- 상기 왕복 피스톤(10)과 상기 실린더 커버(22) 사이의 상기 실린더 내부에 형성되는 연소실(15);
- 상기 실린더 커버(22) 또는 상기 실린더 라이너(1)에 배치된 연료 밸브(50,50')에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30); 및
- 상기 연료 시스템(30)에서 암모니아 흡수 시스템(60)으로 과량의 기상 암모니아를 운반하는 단계와 물에서 상기 기상 암모니아를 흡수하여 암모니아수를 형성하는 단계를 포함하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관에서 암모니아를 관리하는 방법.
A method for managing ammonia in a large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine having at least one mode of operation in which the primary fuel is ammonia, the engine comprising:
- at least one cylinder with a cylinder liner (1) and a reciprocating piston (10) therein and a cylinder cover (22) covering the cylinder,
- a combustion chamber (15) formed inside the cylinder between the reciprocating piston (10) and the cylinder cover (22);
- an ammonia fuel system (30) configured to supply pressurized ammonia to fuel valves (50, 50') disposed on the cylinder cover (22) or the cylinder liner (1); and
- large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion, comprising conveying excess gaseous ammonia from the fuel system (30) to the ammonia absorption system (60) and absorbing the gaseous ammonia from water to form ammonia water How to manage ammonia in organs.
제13항에 있어서,
바람직하게는 녹아웃 드럼(46)을 사용하여 상기 과량의 암모니아에서 발생하는 액상 암모니아와 기상 암모니아를 분리하는 단계, 상기 기상 암모니아를 상기 암모니아 흡수 시스템(60)으로 운반하는 단계 및 물에 상기 암모니아를 흡수하여 암모니아수를 형성하는 단계를 포함하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관에서 암모니아를 관리하는 방법.
According to claim 13,
Preferably, separating liquid ammonia and gaseous ammonia generated from the excess ammonia using a knockout drum 46, conveying the gaseous ammonia to the ammonia absorption system 60, and absorbing the ammonia into water A method for managing ammonia in a large two-stroke single-flow scavenging turbocharged internal combustion engine, comprising the step of forming aqueous ammonia.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 암모니아수를 상기 엔진용 연료로서 또는 상기 엔진의 SCR 반응기(28)용 환원제로서 사용하는 단계를 포함하는, 대형 2행정 단류 소기식 터보차징 내연기관에서 암모니아를 관리하는 방법.

The method of claim 13 or 14,
A method for managing ammonia in a large two-stroke single flow scavenging turbocharged internal combustion engine comprising the step of using the ammonia water as a fuel for the engine or as a reducing agent for an SCR reactor (28) of the engine.

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