KR20230009322A - 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진 및 상기 엔진의 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 실린더(1), 실린더 커버(22), 피스톤(10), 연료 공급 시스템(81, 82, 85), 및 소기공기 시스템(12, 7, 13, 16, 2, 18)을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진이 개시되며, 실린더는 실린더 라이너(41)를 가지며, 실린더 커버(22)는 실린더(1)의 상부에 배열되고 배기 밸브(4)를 가지며, 피스톤(10)은 하사점과 상사점 사이에서 실린더(10) 내에서 이동가능하게 배열되며, 소기공기 시스템은 주변 공기를 압축하기 위한 압축기(7)를 포함하고 실린더(1)의 하부에 배열되는 소기공기 입구(18)를 가지며, 여기서 2-행정 내연 엔진은 연료 공급 시스템을 통해 연료를 적어도 하나의 실린더 내로 분사하도록 구성되고, 이 엔진은 주 연료가 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료인 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 연료 공급 시스템은 압력 하에서 액체 주 연료를 저장하기 위한 탱크(81)를 포함한다. 엔진은 액체 주 연료를 기체 주 연료로 증발시키기 위해 적어도 하나의 실린더(1)의 외부에 위치되는 증발 유닛(84), 상기 기체 주 연료와 압축된 소기공기와의 사이의 열교환을 위한 열교환기(14), 그리고 적어도 하나의 실린더(1)에 및 그 내부로 기체 주 연료를 안내 및 도입시키기 위한 수단(85, 50, 51)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 액체 주 연료의 증발 동안의 실린더 내부의 원치 않는 높은 냉각 효과는 회피되며, 그에 따라 연소실 내의 고온에 대한 요구사항을 회피할 수 있다. 이것은 실린더 내부의 주 연료의 점화 및 연소를 용이하게 한다. 또한, 기체 주 연료와 열교환함으로써 소기공기가 열교환기 내에서 냉각된다는 사실로 인해, 훨씬 더 낮은 온도의 소기공기를 얻을 수 있다. 이것은 소기공기의 밀도를 크게 증가시키는 이점이 있다.
따라서 액체 주 연료의 증발 동안의 실린더 내부의 원치 않는 높은 냉각 효과는 회피되며, 그에 따라 연소실 내의 고온에 대한 요구사항을 회피할 수 있다. 이것은 실린더 내부의 주 연료의 점화 및 연소를 용이하게 한다. 또한, 기체 주 연료와 열교환함으로써 소기공기가 열교환기 내에서 냉각된다는 사실로 인해, 훨씬 더 낮은 온도의 소기공기를 얻을 수 있다. 이것은 소기공기의 밀도를 크게 증가시키는 이점이 있다.
Description
본 발명은 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료 공급 시스템, 및 소기공기 시스템을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진에 관한 것으로, 실린더는 실린더 라이너를 가지며, 실린더 커버는 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며, 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 실린더 내에서 이동가능하게 배열되며, 소기공기 시스템은 주변 공기를 압축하기 위한 압축기를 포함하고 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 입구를 가지며, 여기서 2-행정 내연 엔진은 연료 공급 시스템을 통해 연료를 적어도 하나의 실린더에 분사하도록 구성되고, 이 엔진은 주 연료가 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료인 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 연료 공급 시스템은 압력 하에서 액체 주 연료를 저장하기 위한 탱크를 포함한다.
이와 관련하여, 유사 연료는 증발에 많은 양의 에너지를 필요로 하는 에너지 함량(energy content)이 낮은 연료이다. 암모니아 외에도, 메탄올이 그러한 연료의 한 예이다.
연소 엔진은 과거에 주로, 연료유 예컨대 디젤 오일, 또는 연료가스 예컨대 천연가스나 석유가스와 같은 탄화수소 연료로 작동되었다. 탄화수소 연료의 연소는 이산화탄소(CO2)뿐만 아니라 대기 오염 및 기후 변화에 기여하는 또 다른 온실 가스를 방출한다. 부산물 방출을 초래하는 화석 연료 불순물과 달리, CO2는 탄화수소 연소의 불가피한 결과이다. 연료의 에너지 밀도와 CO2 발자국은 탄화수소 사슬 길이와 탄화수소 분자의 복잡성에 따라 달라진다. 이런 이유로, 기체 탄화수소 연료는 액체 탄화수소 연료보다 낮은 탄소 발자국을 가지지만, 기체 탄화수소 연료는 취급 및 저장이 더 까다롭고 비용이 많이 든다는 단점이 있다. CO2 발자국을 줄이기 위해서, 비-탄화수소 연료가 연구되고 있다.
암모니아는 화석 연료, 바이오매스, 또는 재생가능 자원(풍력, 태양열, 수력, 또는 열)에서 얻은 합성 제품이며, 재생가능 자원으로부터 생성될 때 암모니아는 탄소 발자국이 거의 없거나, 또는 연소될 때 임의의 CO2, SOX, 입자상 물질, 또는 미연소된 탄화수소를 방출한다.
그런데, 암모니아를 연료로 사용하는 데에는 몇 가지 문제가 있다. 한 가지 문제는 전형적인 탄화수소 연료에 비해 에너지 함량이 낮다는 것이다. 암모니아의 에너지 함량은 약 18.6 MJ/kg이며 중유의 경우 약 40.5 MJ/kg이다. 따라서 연료로서 암모니아를 사용할 때 훨씬 더 많은 양의 연료가 분사될 필요가 있어, 실린더 내로 더 많은 연료가 유입된다. 연소 중에 실린더에 적절하고 충분한 양의 산소가 존재하는 것은 실린더에서 암모니아의 최적 연소를 얻기 위해 중요하다. 소기공기의 산소량을 증가시키는 일반적인 방법 중 하나는 해수를 사용하여 열교환기에서 소기공기를 냉각하여 소기공기의 밀도를 증가시키는 것이다. 이러한 공지의 방법으로는 소기공기를 25℃ 이하로 냉각하기가 어려우며, 이런 이유로 소기공기 충전 밀도를 더욱 증가시켜야 전체 엔진 성능에 도움이 된다. 연료로서 액체 암모니아를 사용할 때의 또 다른 문제는 높은 증발 냉각이며, 이는 암모니아 가스로 증발되어야 하는 실린더 내로의 분사시 암모니아 연료가 냉각되도록 야기시켜, 필요한 점화 에너지가 증가한다는 것이다. 암모니아의 증발로 인한 높은 증발 냉각으로 인해, 연소실 내의 고온은 안정적인 연소를 위한 전제 조건이다. 이들 문제의 조합은 지금까지 압축 점화 엔진의 주 연료로서의 암모니아의 사용을 제한했다.
메탄올과 같은 유사 연료가 사용되는 경우, 위에서 언급한 것과 동일한 문제가 적용될 것이다. 그러나, 탄화수소 연료를 사용하는 경우에는 물론 CO2 등이 배출된다.
대형의 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진은 전형적으로 대형 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용된다. 순전한 크기, 무게, 및 출력은 이 엔진을 일반적인 연소 엔진과는 완전히 상이하게 하며, 그러한 대형의 2-행정 내연 엔진을 자신만의 클래스에 위치시킨다.
본 발명의 목적은, 주 연료가 메탄올과 같은 유사 연료, 또는 암모니아인 적어도 하나의 작동 모드를 갖는, 도입부에 언급된 종류의 내연 엔진을 제공하는 것이며, 여기서 위에서 언급된 소기공기의 밀도 및 이에 따른 산소량, 그리고 분사된 암모니아의 증발 냉각 효과와 관련한 문제들은 양쪽 모두 적어도 상당히 감소된다.
상기한 및 또 다른 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속 청구항, 발명의 설명, 및 도면으로부터 명백하다.
제1 양태에 따르면, 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료 공급 시스템, 및 소기공기 시스템을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진이 제공되며, 실린더는 실린더 라이너를 가지며, 실린더 커버는 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며, 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 실린더 내에서 이동가능하게 배열되며, 소기공기 시스템은 주변 공기를 압축하기 위한 압축기를 포함하고 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 입구를 가지며, 여기서 2-행정 내연 엔진은 연료 공급 시스템을 통해 연료를 적어도 하나의 실린더 내로 분사하도록 구성되고, 이 엔진은 주 연료가 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료인 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 연료 공급 시스템은 압력 하에서 액체 주 연료를 저장하기 위한 탱크를 포함하며, 이 엔진은 상기 액체 주 연료를 기체 주 연료로 증발시키기 위해 적어도 하나의 실린더 외부에 위치되는 증발 유닛, 기체 주 연료와 압축된 소기공기와의 사이의 열교환을 위한 열교환기, 그리고 적어도 하나의 실린더 내로 기체 주 연료를 안내하고 도입시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 액체 주 연료가 증발하는 동안 실린더 내부의 원치 않는 높은 냉각 효과를 회피할 수 있고 액체 주 연료가 외부에서 증발된다는 사실로 인해 단순히 실린더의 연소실 내의 고온에 대한 요구사항을 회피할 수 있다. 이것은 실린더 내부의 주 연료의 점화 및 연소를 용이하게 한다. 또한, 기체 주 연료와 열교환함으로써 또는 다시 말해서 주 연료 상 전이에 의해 요구되는 열을 추출함으로써 소기공기가 열교환기 내에서 냉각된다는 사실로 인해, 훨씬 더 낮은 온도의 소기공기를 얻을 수 있다. 이것은 소기공기의 밀도를 크게 증가시켜 연소에 사용할 수 있는 산소의 양을 증가시킨다. 계산에 따르면 소기공기의 온도는 약 15℃로 낮아질 수 있으며, 그에 따라 온도가 약 25℃인 소기공기와 비교하여 밀도가 증가할 수 있다. 이것은 상응하는 양의 주 연료가스가 각 연소 사이클 동안 도입되도록 허용하여, 중유에 비해 상기 주 연료의 보다 낮은 에너지 함량을 적어도 부분적으로 보상한다.
전형적으로, 주 연료는 5 내지 20 bar, 바람직하게는 약 10 bar의 압력 및 주위 온도에 가까운 온도에서 액체 형태로 탱크에 저장될 수 있다.
증발 유닛은 액체 상태로부터 기체 상태로의 주 연료의 증발 전환을 촉진하는 모든 종류의 장치일 수 있으며 액체로부터 기체로의 상태 변화 또는 팽창을 허용하기 위해 액체 주 연료로부터 압력을 제거하는 팽창 밸브를 포함할 수 있다. 증발 유닛은 액체 주 연료가 열교환기에 들어갈 때 액체 주 연료의 증발을 용이하게 하기 위해 열교환기의 주 연료 입구 개구부에 또는 그에 매우 가깝게 위치된다.
원칙적으로 압축기는 주변 공기를 압축하기 위한 임의의 적절한 압축기일 수 있지만, 바람직하게는 엔진으로부터의 배기가스에 의해 구동되는 터빈을 갖는 터보차저의 일부이다. 엔진은 하나 이상의 터보차저를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 엔진은 다수의 보조 블로어를 또한 포함하며, 이것들은 바람직하게는 열교환기의 하류측에 위치되고 엔진의 시작 단계에서 실린더의 완전한 소기를 보장하며, 엔진의 작동 중에, 소기공기 입구 압력이 사전 설정된 값 아래로 떨어질 때 자동으로 시동된다.
압축기에서 나가는 소기공기는 실린더에 들어가기 전에 냉각되어야 한다. 본 발명에 따르면, 이러한 소기공기의 냉각은 소기공기가 기체 주 연료와 열교환하는 열교환기에서 수행된다. 원칙적으로 열교환기는 기체 주 연료와 압축된 소기공기와의 사이의 열교환에 적합한 모든 종류의 열교환기일 수 있다. 비-제한적인 예로는 역류(countercurrent) 원리로 작동하는 튜브 또는 플레이트형 비-접촉 열교환기가 있다.
엔진이 디젤, 중유 또는 증발에 많은 양의 에너지를 필요로 하지 않고 본 발명의 기본 아이디어가 연료로 활용될 수 없는 기타 연료와 같은, 또 다른 연료로도 작동 가능한 이중 연료 엔진인 경우, 이 엔진은 냉각 매체로서 물을 사용하는 표준 냉각 시스템도 포함할 필요가 있다.
기체 주 연료는 상이한 위치들에서 실린더 내로 도입될 수 있다.
따라서, 기체 주 연료가 고압으로 도입되는 엔진에 있어서, 피스톤이 상사점에 가까울 때, 기체 주 연료는 실린더 커버에 위치된 가스 연료 분사 밸브를 통해 실린더 내로 도입된다. 그러한 실시형태에 있어서, 기체 주 연료는 실린더의 연소실 내로 분사되기 전에, 충분한 고압으로, 비-제한적으로 약 300 bar로 압축기에서 압축되어야 한다.
피스톤이 하사점을 벗어나 이동하면서 실린더 하부에 배열된 소기공기 입구를 통과한 직후에 기체 주 연료가 저압으로 도입되는 엔진에 있어서, 기체 주 연료는 실린더 커버에 위치된 가스 연료 분사 밸브 또는 실린더 라이너에 위치된 가스연료 유입 밸브를 통해 실린더 내로 도입될 수 있다. 피스톤이 상기 언급된 위치에 있을 때 실린더 내부의 압력이 상대적으로 낮기 때문에, 가스연료 공급 압력에 대한 요구사항은 그다지 까다롭지 않다.
고압 또는 저압에서 실린더 내로 분사된 기체 주 연료 또는 기타 점화시키기 어려운 연료를 적절하게 점화시키기 위해서, 엔진은 파일럿 연료를 분사하기 위한 수단을 포함하며, 이는, 압력과 온도의 필요한 조합이 발생하는 상사점에 도달하기 직전의 미리 선택된 위치에 피스톤이 있을 때 점화된다. 엔진은 파일럿 연료가 점화되는 프리챔버를 더 구비할 수 있다.
제2 양태에 따르면, 적어도 하나의 실린더, 실린더 커버, 피스톤, 연료 공급 시스템, 및 소기공기 시스템을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진을 작동시키기 위한 방법이 제공되며, 실린더는 실린더 라이너를 가지며, 실린더 커버는 실린더의 상부에 배열되고 배기 밸브를 가지며, 피스톤은 하사점과 상사점 사이에서 실린더 내에서 이동가능하게 배열되며, 소기공기 시스템은 주변 공기를 압축하기 위한 압축기를 포함하고 실린더의 하부에 배열되는 소기공기 입구를 가지며, 여기서 2-행정 내연 엔진은 연료 공급 시스템을 통해 연료를 적어도 하나의 실린더 내로 분사하도록 구성되고, 이 엔진은 주 연료가 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료인 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 연료 공급 시스템은 압력 하에서 액체 주 연료를 저장하기 위한 탱크를 포함하며, 상기 액체 주 연료는 적어도 하나의 실린더 외부에 위치되는 증발 유닛에서 기체 주 연료로 증발되며, 상기 기체 주 연료와 압축된 소기공기는 열교환기에서 열교환되며, 상기 기체 주 연료는 안내 및 도입 수단을 통해 적어도 하나의 실린더에 및 그 내부로 안내 및 도입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시형태를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 대형 2-행정 디젤 엔진의 정면 사시도, 그리고
도 2는 도 1에 따른 대형 2-행정 엔진의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 대형 2-행정 디젤 엔진의 정면 사시도, 그리고
도 2는 도 1에 따른 대형 2-행정 엔진의 개략도이다.
이어지는 상세한 설명에 있어서, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진은 크로스헤드를 갖춘 대형 2-행정 저속 유니플로 소기식 터보차지 압축-점화식 내연 엔진을 참조하여 설명될 것이지만, 이 내연 엔진은 파일럿 또는 스파크 점화 방식의 저압 엔진과 같은 또 다른 유형일 수 있다.
도 1 및 2는 크랭크샤프트(8) 및 크로스헤드(9)를 갖춘 대형 저속 터보차지식 2-행정 디젤 엔진을 나타낸다. 도 2는 흡기 및 배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보차지식 2-행정 디젤 엔진의 개략도를 나타낸다. 도시된 엔진은 일렬로 배치된 6개의 실린더(1)를 갖는다. 대형 저속 터보차지식 2-행정 디젤 엔진은 전형적으로, 엔진 프레임(11)에 의해 지지된 실린더 프레임(23)에 의해 지지되는, 일렬로 배치된 4개 내지 14개의 실린더(1)를 갖는다. 이 엔진은, 예컨대, 해양 선박의 메인 엔진으로 사용되거나 발전소에서 발전기를 작동시키기 위한 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들어, 1,000에서 110,000kW 범위일 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 엔진은, 각각의 실린더(1)에 대하여, 실린더(1)의 라이너(41)의 하부 영역에 있는 다수의 소기공기 포트(18) 및 실린더 라이너(41)의 상부에 있고 실린더 커버(22)에 배열되는 중앙 배기가스 밸브(4)를 갖는, 2-행정 유니플로 유형의 압축-점화식 엔진이다. 소기공기는 소기공기 시스템의 소기공기 리시버(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(18)로 전달된다. 하사점과 상사점 사이에서 실린더 라이너(41) 내에서 왕복운동하는 피스톤(10)은 소기공기를 압축한다. 소기공기 시스템은, 신선한 소기공기를 공급하기 위한 공기 입구(12)와, 소기공기를 가압하기 위한 것으로서 엔진으로부터의 배기가스에 의해 구동되는 터빈(6)을 갖는 터보차저(5)의 일부인 압축기(7)와, 소기공기를 냉각하기 위하여, 아래에서 더 자세히 설명되는 열교환기(14)에 소기공기를 안내하기 위한 소기공기 덕트(13)를 포함한다. 냉각된 소기공기는, 터보차저(5)의 압축기(7)가 소기공기 리시버(2)에 대하여 충분한 압력을 전달하지 않을 때, 즉, 엔진의 저부하 또는 일부 부하 조건에 있어서, 소기공기 흐름을 가압하는, 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 블로어(16)를 통과한다. 보다 높은 엔진 부하에서 터보차저 압축기(7)는 충분한 압축된 소기공기를 전달하고, 체크 밸브(15)를 통해 보조 블로어(16)는 우회된다. 또한 도시된 엔진은, 디젤, 중유 또는 본 발명의 기본 아이디어를 연료로 사용하는 또 다른 연료와 같은 기타 연료가 활용될 수 없다면, 소기공기를 냉각하기 위한 냉각 매체로서 물을 사용하는 표준 냉각기(20)를 포함한다.
도 2에 도시된 연료 공급 시스템은 가압 저장탱크(81)를 포함하며, 여기서 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료의 형태에 있어서 주 연료는 5 내지 20 bar, 바람직하게는 대략 10 bar에서 액체 상태로 저장된다. 암모니아는 압력이 8.6 bar 이상이고 온도가 20℃의 주위 온도에서 액체 상태이다. 그러나 암모니아는 주위 온도가 상승할 때 액체 상태를 유지하기 위해 10 bar 이상에서 저장되는 것이 바람직하다. 또한 연료 공급 시스템은 열교환기(14)의 주 연료 입구(83)에 액체 주 연료를 공급하기 위한 파이프라인(82)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 엔진은, 액체 주 연료를 기체 주 연료로 증발시키기 위하여 적어도 하나의 실린더(1)의 외부에 위치되는 증발 유닛(84)과, 기체 주 연료와 압축된 소기공기와의 사이에서 열을 교환하기 위한 열교환기(14)와, 가스 주 연료를 적어도 하나의 실린더(1)에 및 그 내부로 안내 및 도입시키기 위한 수단(85, 86, 50 및/또는 51)을 포함한다. 또한, 도시된 엔진은, 특정 용도에 따라 주 연료를 소망하는 분사 또는 유입 압력으로 압축시키기 위한 가스 압축기(86)와, 주 연료가 하부에서 액체 형태로 그리고 상부에서 기체 형태로 존재하는 주 연료 액체 분리기(87)와, 주 연료 액체 분리기(87)와 열교환기(14)와의 사이의 냉각 회로에서 주 연료를 순환시키기 위한 펌프(88)와, 열교환기(14)에서 증발되는 주 연료의 양을 제어하는 제어 밸브(89)를 포함한다.
따라서 액체 주 연료의 증발 동안의 실린더 내부의 원치 않는 높은 냉각 효과가 회피되며, 그에 따라 연소실 내의 고온에 대한 요구사항이 회피된다. 이것은 실린더 내부의 주 연료의 점화 및 연소를 용이하게 한다. 또한, 기체 주 연료와 열교환에 의해 열교환기에서 소기공기가 냉각된다는 사실로 인해 훨씬 더 낮은 온도의 소기공기를 얻을 수 있다. 이것은 소기공기의 밀도를 상당히 증가시키는 이점이 있다.
증발 유닛(84)은 액체 상태에서 기체 상태로의 주 연료의 증발 전환을 용이하게 하는 임의의 종류의 장치일 수 있고 액체에서 증기로의 상태 변화 또는 팽창을 허용하기 위해 액체 주 연료로부터 압력을 제거하는 팽창 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 증발 유닛(84)은 바람직하게는, 열교환기(14)에 들어가는 액체 주 연료의 증발을 용이하게 하기 위해, 열교환기(14)의 주 연료 입구 개구부(83)에 또는 그와 매우 가깝게 위치된다.
기체 주 연료는 열교환기(14)로부터 파이프라인(85) 및 펌프(86)를 통해 실린더(1) 내로 기체 주 연료를 도입하기 위한 수단(50 및/또는 51)으로 안내되어, 실린더 커버(22)에 배열된 주 연료 밸브(50)를 통해 고압으로 분사되거나 또는 실린더 라이너(41)에 배열된 주 연료가스 유입 밸브(51)를 통해 저압으로 유입된다. 엔진은, 도시된 바와 같이, 양쪽 모두의 종류의 밸브를 동시에 포함할 수 있지만, 2 종류 중 하나만 갖는 것이 바람직하다. 피스톤(10)이 상사점에 가까워질 때 연소가 뒤따르고 배기가스가 발생한다. 주 연료 밸브(50 및 51)는 기체 주 연료를 분사/유입시키기 위하여 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 엔진은 예컨대 연료유 또는 중유와 같은 통상적인 연료를 분사하기에 적합한, 도시하지 않은 추가적인 연료 밸브를 추가로 구비한다. 그러한 실시형태에 있어서, 엔진은 이중 연료 엔진이고 또한 통상적인 연료를 공급하기 위한, 도시하지 않은 종래의 연료 공급 시스템을 구비한다.
실린더(1) 내의 연소 및 피스톤(10)이 하사점에 도달한 후, 배기가스 밸브(4)가 개방되고 배기가스는 실린더(1)와 연관된 배기가스 덕트를 통해 배기가스 리시버(3) 내로 흐르고 계속해서 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 흐르며, 여기에서 배기가스는 출구(21)로 흘러 대기 중으로 배출되고, 이때 도시하지 않은 이코노마이저를 통과할 수도 있다. 샤프트(6a)를 통해, 터빈(6)은 언급된 바와 같이 터보차저(5)의 압축기(7)를 구동한다.
위에서 언급된 바와 같이, 엔진은, 바람직하게는 실린더 커버(22)에 설치된 인서트의 형태로, 실린더 커버(22)의 일부로서 배열되는 도시하지 않은 프리챔버를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 프리챔버는 개구부를 통하여 연소실과 유체 연통되어야 한다. 본 발명의 실시형태에 있어서, 점화 유체 밸브가 프리챔버와 연관된다. 점화 유체 밸브는 실린더 커버(22)에 설치되고, 점화 유체 노즐을 통해 프리챔버 내로 점화 유체를 분사한다.
Claims (11)
- 적어도 하나의 실린더(1), 실린더 커버(22), 피스톤(10), 연료 공급 시스템(81, 82, 85), 및 소기공기 시스템(12, 7, 13, 16, 2, 18)을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진으로서,
상기 실린더는 실린더 라이너(41)를 가지며, 상기 실린더 커버(22)는 상기 실린더(1)의 상부에 배열되고 배기 밸브(4)를 가지며, 상기 피스톤(10)은 하사점과 상사점 사이에서 상기 실린더(10) 내에서 이동가능하게 배열되며, 상기 소기공기 시스템은 주변 공기를 압축하기 위한 압축기(7)를 포함하고 상기 실린더(1)의 하부에 배열되는 소기공기 입구(18)를 가지며,
2-행정 내연 엔진은 상기 연료 공급 시스템을 통해 연료를 적어도 하나의 실린더 내로 분사하도록 구성되고, 엔진은 주 연료가 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료인 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 상기 연료 공급 시스템은 압력 하에서 액체 주 연료를 저장하기 위한 탱크(81)를 포함하며,
엔진은, 상기 액체 주 연료를 기체 주 연료로 증발시키기 위해 적어도 하나의 실린더(1)의 외부에 위치되는 증발 유닛(84), 상기 기체 주 연료와 압축된 소기공기와의 사이의 열교환을 위한 열교환기(14), 그리고 적어도 하나의 실린더(1)에 및 그 내부로 기체 주 연료를 안내 및 도입시키기 위한 수단(85, 86, 50, 51)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
상기 주 연료는 5 내지 20 bar, 바람직하게는 약 10 bar의 압력 및 주변 온도에 가까운 온도에서 액체 형태로 상기 탱크(81)에 저장되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
상기 증발 유닛(84)은 액체에서 증기로의 상태 변화 또는 팽창을 허용하기 위해 액체 주 연료로부터 압력을 제거하는 팽창 밸브인, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1 또는 3에 있어서,
상기 증발 유닛(84)은, 액체 주 연료가 상기 열교환기(14)에 들어갈 때 액체 주 연료의 증발을 용이하게 하도록, 상기 열교환기(14)의 주 연료 입구 개구부(83)에 또는 그와 매우 가깝게 위치되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
상기 열교환기(14)는 역류 원리로 작동하는 튜브 또는 플레이트형 비-접촉 열교환기인, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
상기 엔진은 냉각 매체로서 물을 사용하는 표준 냉각 시스템을 또한 포함하는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
상기 기체 주 연료는, 바람직하게는 약 300 bar의 압력으로, 실린더 커버(22)에 위치된 가스연료 분사 밸브(50)를 통해 실린더 내로 도입되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
상기 기체 주 연료는 실린더 커버(22)에 위치된 가스연료 분사 밸브(50) 또는 실린더 라이너(41)에 위치된 가스연료 유입 밸브(51)를 통해 실린더 내로 도입되는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 1에 있어서,
엔진은 파일럿 연료를 분사하기 위한 수단을 포함하는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 청구항 12에 있어서,
엔진은 파일럿 연료가 점화되는 프리챔버를 구비하는, 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진. - 적어도 하나의 실린더(1), 실린더 커버(22), 피스톤(10), 연료 공급 시스템(81, 82, 85), 및 소기공기 시스템(12, 7, 13, 16, 2, 18)을 포함하는 2-행정 유니플로 소기식 크로스헤드 내연 엔진을 작동시키기 위한 방법으로서,
상기 실린더는 실린더 라이너(41)를 가지며, 상기 실린더 커버(22)는 상기 실린더(1)의 상부에 배열되고 배기 밸브(4)를 가지며, 상기 피스톤(10)은 하사점과 상사점 사이에서 상기 실린더(10) 내에서 이동가능하게 배열되며, 상기 소기공기 시스템은 주변 공기를 압축하기 위한 압축기(7)를 포함하고 상기 실린더(1)의 하부에 배열되는 소기공기 입구(18)를 가지며,
2-행정 내연 엔진은 상기 연료 공급 시스템을 통해 연료를 적어도 하나의 실린더 내로 분사하도록 구성되고, 엔진은 주 연료가 암모니아 또는, 메탄올과 같은 유사 연료인 적어도 하나의 작동 모드를 가지며, 상기 연료 공급 시스템은 압력 하에서 액체 주 연료를 저장하기 위한 탱크(81)를 포함하며,
상기 액체 주 연료는 적어도 하나의 실린더(1)의 외부에 위치되는 증발 유닛(84)에서 기체 주 연료로 증발되며, 상기 기체 주 연료와 압축된 소기공기는 열교환기(14)에서 열교환되며, 상기 기체 주 연료는 안내 및 도입 수단(85, 50, 51)을 통해 적어도 하나의 실린더(1)에 및 그 내부로 안내 및 도입되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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