KR20230158938A - Engine system for ship - Google Patents

Engine system for ship Download PDF

Info

Publication number
KR20230158938A
KR20230158938A KR1020220058680A KR20220058680A KR20230158938A KR 20230158938 A KR20230158938 A KR 20230158938A KR 1020220058680 A KR1020220058680 A KR 1020220058680A KR 20220058680 A KR20220058680 A KR 20220058680A KR 20230158938 A KR20230158938 A KR 20230158938A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
expander
exhaust gas
compressor
turbocharger
Prior art date
Application number
KR1020220058680A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조승빈
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020220058680A priority Critical patent/KR20230158938A/en
Publication of KR20230158938A publication Critical patent/KR20230158938A/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/14—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven relating to internal-combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/32—Arrangements of propulsion power-unit exhaust uptakes; Funnels peculiar to vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
    • F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12—Heating; Cooling
    • B63J2002/125—Heating; Cooling making use of waste energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

본 발명의 선박용 엔진 시스템은, 엔진, 상기 엔진의 배기 가스를 받는 팽창기, 및 상기 팽창기의 회전축에 연결되는 압축기를 포함하여, 상기 엔진의 배기 가스가 터보 차저로 유입되지 않고 상기 팽창기로 유입되어 상기 팽창기를 구동시키고, 상기 팽창기에 연동하여 상기 압축기가 구동되어 압축된 공기가 상기 엔진으로 흡기될 수 있다.The marine engine system of the present invention includes an engine, an expander that receives exhaust gas from the engine, and a compressor connected to a rotating shaft of the expander, so that the exhaust gas of the engine does not flow into the turbocharger but flows into the expander. An expander is driven, and the compressor is driven in conjunction with the expander to allow compressed air to be sucked into the engine.

Description

선박용 엔진 시스템{Engine system for ship}Engine system for ships {Engine system for ship}

본 발명은 선박용 엔진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to marine engine systems.

고유가 시대가 도래함에 따라, 선박을 비롯한 기계장치에서는 점차적으로 효율을 높이고 전체적인 에너지를 절약하는 시스템에 대한 관심이 고조되고 있다. 그러나 선박을 비롯한 기계장치에서 엔진을 작동시키기 위한 연료의 25%가량이 엔진의 폐기 가스로 대기 중에 버려지고 있다.As the era of high oil prices approaches, interest in systems that gradually increase efficiency and save overall energy is increasing in machinery, including ships. However, about 25% of the fuel used to operate engines in ships and other mechanical devices is discarded into the atmosphere as engine waste gas.

폐기 가스를 활용하기 위해 엔진에는 터보 차저(Turbo Charger, 과급기)가 설치될 수 있다. 터보 차저가 마련되면, 엔진의 배기 가스(폐기)가 터빈 하우징 내를 흐르면서 터빈 휠을 회전시키고 동일축에 연결된 압축기 휠이 회전하면서 에어클리너를 통해 들어오는 공기를 압축기가 압축하여, 압축된 공기가 엔진의 실린더 내의 연소실로 공급된다. A turbocharger may be installed in the engine to utilize waste gas. When a turbocharger is installed, the engine's exhaust gas (waste) flows inside the turbine housing to rotate the turbine wheel, and as the compressor wheel connected to the same shaft rotates, the compressor compresses the air coming through the air cleaner, and the compressed air is transferred to the engine. is supplied to the combustion chamber within the cylinder.

한편, 폐기를 에너지로 활용하도록 스팀 터빈을 마련할 수 있는데, 스팀 터빈은 온도가 450도(℃) 이상에서 에너지 효율이 높게 형성된다. 그리고 디젤 엔진과 같은 엔진의 실린더 출구 온도는 600도 이상이나, 엔진의 배기 가스(폐기)가 터보 차저를 통과하는 과정에서 압력이 낮아지고 온도가 함께 낮아져 터보 차저를 경유한 배기 가스의 온도는 저하되어(터보차저를 경유한 배기 가스 온도는 350 ~ 400도), 450도 이상에서 에너지 효율이 높은 스팀 터빈 구동을 위한 폐기는 에너지 효율이 저하될 수 있다. 이에 따라 폐기 에너지 효율을 향상시키기 위한 개선의 노력이 지속될 필요가 있다.Meanwhile, a steam turbine can be installed to utilize waste as energy, and steam turbines are highly energy efficient at temperatures above 450 degrees (℃). The cylinder outlet temperature of engines such as diesel engines is over 600 degrees, but as the engine's exhaust gas (waste) passes through the turbocharger, the pressure and temperature are lowered, so the temperature of the exhaust gas passing through the turbocharger decreases. (the temperature of the exhaust gas passing through the turbocharger is 350 to 400 degrees), disposal to drive an energy-efficient steam turbine above 450 degrees may result in reduced energy efficiency. Accordingly, efforts to improve waste energy efficiency need to continue.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 폐기의 에너지 효율이 향상될 수 있는, 엔진 시스템을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide an engine system in which the energy efficiency of disposal can be improved.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 선박용 엔진 시스템의 일 면(aspect)은, 엔진, 상기 엔진의 배기 가스를 받는 팽창기, 및 상기 팽창기의 회전축에 연결되는 압축기를 포함하여, 상기 엔진의 배기 가스가 터보 차저로 유입되지 않고 상기 팽창기로 유입되어 상기 팽창기를 구동시키고, 상기 팽창기에 연동하여 상기 압축기가 구동되어 압축된 공기가 상기 엔진으로 흡기될 수 있다.One aspect of the marine engine system of the present invention for achieving the above problem includes an engine, an expander that receives the exhaust gas of the engine, and a compressor connected to the rotating shaft of the expander, so that the exhaust gas of the engine Instead of flowing into the turbocharger, it flows into the expander to drive the expander, and the compressor is driven in conjunction with the expander to allow compressed air to be sucked into the engine.

본 발명은, 상기 엔진의 배기 가스의 일부가 상기 팽창기를 우회하여 공급되고, 상기 팽창기에 연결되어 상기 팽창기에 회전력을 전달하는 보조 구동부를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a portion of the exhaust gas of the engine being supplied bypassing the expander, and an auxiliary drive unit connected to the expander to transmit rotational force to the expander.

본 발명은 상기 엔진과 상기 팽창기 사이에 마련되며, 상기 엔진의 배기 가스와 열교환되는 컴바인드 사이클부를 더 포함하고, 상기 컴바인드 사이클부는, 상기 엔진의 배기 가스와 열교환하는 유체가 경유하는 보일러, 상기 보일러로부터 상기 유체가 유입되어 구동되는 제1 터빈, 및 상기 제1 터빈으로부터 공급되는 상기 유체를 응축하여 상기 보일러로 공급하는 응축기를 포함할 수 있다.The present invention further includes a combined cycle unit provided between the engine and the expander and exchanging heat with the exhaust gas of the engine, wherein the combined cycle unit includes a boiler through which a fluid that exchanges heat with the exhaust gas of the engine passes, the It may include a first turbine driven by the fluid flowing in from a boiler, and a condenser that condenses the fluid supplied from the first turbine and supplies it to the boiler.

본 발명은 상기 압축기와 상기 엔진 사이에 상기 압축 공기를 쿨링하는 쿨러를 더 포함하고, 상기 압축기는, 상기 쿨러의 부하를 낮추도록 엔진룸의 온도보다 낮은 온도를 가지는 공간에 설치될 수 있다.The present invention further includes a cooler that cools the compressed air between the compressor and the engine, and the compressor can be installed in a space with a temperature lower than that of the engine room to reduce the load on the cooler.

상기 압축기는, 선체의 데크 상에 마련될 수 있다.The compressor may be provided on the deck of the hull.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따른 선박용 엔진 시스템은, 엔진의 배기 가스가 컴바인드 사이클부를 경유하더라도, 터보 차저와 달리 압력 손실이 거의 없어 배기 가스의 압력이 유지되므로, 온도 손실이 팽창기를 구동하기 부적합한 온도로 저하되지는 않는 것은 물론, 컴바인드 사이클부를 운용시 폐기의 에너지 효율이 종래에 대비하여 향상될 수 있다.In the marine engine system according to the present invention, even if the exhaust gas of the engine passes through the combined cycle unit, unlike a turbocharger, there is almost no pressure loss and the pressure of the exhaust gas is maintained, so the temperature loss does not fall to a temperature unsuitable for driving the expander. Of course, when operating the combined cycle unit, the energy efficiency of disposal can be improved compared to the conventional method.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템이 마련되는 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템의 컴바인드 사이클부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 엔진 시스템의 비교예를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a ship equipped with a marine engine system according to some embodiments of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a marine engine system according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a combined cycle unit of a marine engine system according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a marine engine system according to a second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing a comparative example of an engine system according to some embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical or corresponding components will be assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and overlapping elements will be assigned the same reference numbers. The explanation will be omitted.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템이 마련되는 선박을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템의 컴바인드 사이클부를 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a ship equipped with a marine engine system according to some embodiments of the present invention, Figure 2 is a diagram showing a marine engine system according to a first embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing the present invention This is a diagram showing the combined cycle unit of the marine engine system according to the first embodiment.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은, 선박(10)에 마련될 수 있으며, 터보 차저가 생략되고 폐기(이하에서 '배기 가스'와 명칭을 혼용함)를 효율적으로 운용할 수 있고, 엔진(110), 팽창기(120), 압축기(130) 및 컴바인드 사이클부(90)를 포함할 수 있다. 특히 엔진(110)의 배기 가스가 터보 차저로 유입되지 않고 팽창기(120)를 활용하여 압축기(130)를 구동하고, 엔진(110)의 배기 가스가 터보 차저를 경유하지 않아 450도(℃) 이하로 저하되지 않는 배기 가스를 활용할 수 있어, 폐기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, the engine system 100 according to an embodiment of the present invention may be provided on a ship 10, and the turbocharger is omitted and the waste (hereinafter referred to as 'exhaust gas' is used interchangeably) ) can be operated efficiently and may include an engine 110, an expander 120, a compressor 130, and a combined cycle unit 90. In particular, the exhaust gas of the engine 110 does not flow into the turbocharger, but the compressor 130 is driven using the expander 120, and the exhaust gas of the engine 110 does not pass through the turbocharger, so the temperature is below 450 degrees Celsius. Since exhaust gases that do not deteriorate can be utilized, the energy efficiency of disposal can be improved.

예를 들어 엔진(110)은 연료를 소비하여 선박(10)의 추진력을 얻을 수 있다. 다만 엔진(110)의 구동력은 선박(10)의 추진력 이외에 선박(10) 내부에서 사용되는 전력을 생산할 수도 있다.For example, the engine 110 can obtain propulsion of the ship 10 by consuming fuel. However, the driving force of the engine 110 may produce power used inside the ship 10 in addition to the propulsion force of the ship 10.

엔진(110)은 연료가 연소하여 발생되는 배기 가스(엔진(110)에 연결되는 배기 라인(110A)를 경유할 수 있음)가 배출되며, 엔진(110)에서 배출되는 배기 가스는 연소의 열량을 포함할 수 있다. 다시 말해서 엔진(110)에서 배출된 배기 가스는 폐열량이 크며, 예를 들어 디젤 엔진의 실린더 출구 온도는 600도 이상으로 알려져 있다. The engine 110 emits exhaust gas generated by combustion of fuel (which may pass through the exhaust line 110A connected to the engine 110), and the exhaust gas discharged from the engine 110 reduces the amount of heat from combustion. It can be included. In other words, the exhaust gas discharged from the engine 110 has a large amount of waste heat, and for example, the cylinder outlet temperature of a diesel engine is known to be over 600 degrees.

그런데 일반적인 엔진의 배기 가스는 터보 차저를 통과하는 과정에서 압력이 낮아지고, 이와 더불어 온도가 하락하여 터보 차저의 터빈을 경유한 배기 가스의 온도는 350 ~ 400도를 이루는 것으로 알려져 있다. 여기서 350 ~ 400도 구간의 배기 가스 온도는, 예를 들어 배기 가스가 스팀 터빈(예를 들어 컴바인드 사이클부(90)의 제1 터빈(92))의 구동에 이용되면, 폐기 에너지의 20 ~ 30%를 이용하게 되므로, 폐기 에너지 효율이 낮다.However, the pressure of the exhaust gas of a typical engine is lowered while passing through the turbocharger, and along with this, the temperature is known to drop, so that the temperature of the exhaust gas passing through the turbine of the turbocharger reaches 350 to 400 degrees. Here, the exhaust gas temperature in the range of 350 to 400 degrees is, for example, when the exhaust gas is used to drive a steam turbine (for example, the first turbine 92 of the combined cycle unit 90), 20 to 20 of the waste energy. Since 30% is used, disposal energy efficiency is low.

이에 따라 본 실시예의 엔진 시스템(100)은, 폐기 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록, 다시 말해서 터보 차저를 경유하면 압력/온도가 낮아져 폐기 에너지 효율이 저하되므로, 터보 차저를 사용하지 않는다. Accordingly, the engine system 100 of this embodiment does not use a turbocharger to improve waste energy efficiency, that is, since waste energy efficiency decreases due to lower pressure/temperature when passing through a turbocharger.

간략하게 본 실시예는 종래에 대비하여 높은 압력 및 온도를 사용할 수 있도록 배기 가스를 팽창기(120)로 공급하고, 팽창기(120)의 회전력으로 압축기(130)를 구동시켜 압축 공기를 엔진(110)에 공급하면서도, 컴바인드 사이클부(90)에서 이용되는 배기 가스의 온도는 터버차저를 경유하지 않아 550 ~ 600도를 이루어, 폐기 에너지 효율이 향상될 수 있다.Briefly, in this embodiment, exhaust gas is supplied to the expander 120 so that higher pressure and temperature can be used compared to the prior art, and the compressor 130 is driven by the rotational force of the expander 120 to supply compressed air to the engine 110. While being supplied, the temperature of the exhaust gas used in the combined cycle unit 90 is 550 to 600 degrees Celsius because it does not pass through the turbocharger, and waste energy efficiency can be improved.

구체적으로 엔진(110)에서 배출되는 배기 가스는, 피스톤 구동에 의한 압축으로 대기압 보다 높은 상태일 수 있으며 예를 들어 3 ~ 5barg의 압력을 가지며, 600도와 같은 높은 온도를 가질 수 있다. 배기 가스의 3 ~ 5barg 압력은 컴바인드 사이클부(90)를 경유하더라도, 배기 가스는 컴바인드 사이클부(90)에서 열교환을 이룰 뿐 배기 가스가 컴바인드 사이클부(90)에 의해 압력이 낮아지지 않고 거의 유지될 수 있다.Specifically, the exhaust gas discharged from the engine 110 may be in a state higher than atmospheric pressure due to compression by piston driving. For example, it may have a pressure of 3 to 5 barg and a temperature as high as 600 degrees. Even if the pressure of 3 to 5 barg of the exhaust gas passes through the combined cycle unit 90, the exhaust gas only exchanges heat in the combined cycle unit 90 and the pressure of the exhaust gas is not lowered by the combined cycle unit 90. can be maintained almost without any

다시 말해서 터보 차저를 경유하는 350도의 폐기 온도에 대비하여 550도 이상의 폐기는 폐기 에너지 효율이 15% 이상 향상될 수 있는데, 본 실시예는 배기 가스가 터보 차저를 경유하지 않아 550 ~ 600도의 온도를 가지고, 이러한 배기 가스가 컴바인드 사이클부(90)의 제1 터빈(92)을 구동하기 위한 보일러(91)의 작동에 사용될 수 있다. 이와 더불어 엔진(110)의 흡기(엔진(110)에 연결되는 흡기 라인(110B)을 경유할 수 있음)에 사용되는 압축 공기는 압력이 거의 유지되어 3 ~ 5barg로 이루어지는 배기 가스가 팽창기(120)에 사용되어, 종래의 엔진과 유사하게 압축기에 의해 압축 공기가 공급되면서도 450도 이상(초임계 상태 활용 가능)에서 효율이 높은 스팀 터빈을 550도 이상의 배기 가스를 활용하여 보일러(91)를 구동시킬 수 있으므로, 폐기 에너지 효율이 향상될 수 있다.In other words, compared to a disposal temperature of 350 degrees via a turbocharger, disposal at a temperature of 550 degrees or higher can improve waste energy efficiency by more than 15%. In this embodiment, the exhaust gas does not pass through a turbocharger, so the temperature is 550 to 600 degrees. This exhaust gas can be used to operate the boiler 91 to drive the first turbine 92 of the combined cycle unit 90. In addition, the compressed air used for the intake of the engine 110 (which may pass through the intake line 110B connected to the engine 110) is maintained at almost a pressure, so that the exhaust gas of 3 to 5 barg is discharged from the expander 120. It is used to drive the boiler 91 using exhaust gas of 550 degrees or more and a steam turbine with high efficiency at 450 degrees or more (supercritical state can be used) while compressed air is supplied by a compressor similar to a conventional engine. Therefore, waste energy efficiency can be improved.

더불어 압축기(130)와 엔진(110) 사이에 압축 공기를 쿨링하는 쿨러(110C)가 더 마련될 수 있으며, 후술하겠으나 본 실시예의 쿨러(110C)는 데크 상에 압축기(130)가 마련되어 종래에 대비하여 소형화도 가능할 수 있다.In addition, a cooler 110C for cooling the compressed air may be further provided between the compressor 130 and the engine 110. As will be described later, the cooler 110C of this embodiment has a compressor 130 on the deck compared to the prior art. Therefore, miniaturization may be possible.

팽창기(120)는 앞서 언급된 바와 같이 엔진(110)으로부터 배기 가스를 공급받으며, 배기 가스에 의해 회전되는 블레이드가 내부에 마련될 수 있고, 압축기(130)를 구동시킬 수 있다.As mentioned above, the expander 120 receives exhaust gas from the engine 110, may have blades rotated by the exhaust gas, and may drive the compressor 130.

다시 말해서 팽창기(120)는, 3 ~ 5barg의 압력을 가지는 엔진(110)의 배기 가스에 의해 블레이드가 회전될 수 있고, 팽창기(120)의 블레이드가 회전되면서 팽창기(120)의 회전축(부호 도시하지 않음)이 회전되어, 팽창기(120)의 회전축과 연결된 압축기(130)의 회전축(부호 도시하지 않음)이 회전하여, 압축기(130)의 블레이드가 회전함으로써, 압축기(130) 내부의 유체(외부에서 유입된 공기일 수 있음)가 압축될 수 있다. 여기서 압축기(130)는 외부 공기가 유입될 수 있어, 압축기(130)에 유입된 외부 공기가 팽창기(120)의 구동에 연동하는 압축기(130)의 블레이드(부호 도시하지 않음)에 의해 압축될 수 있다. In other words, the blade of the expander 120 can be rotated by the exhaust gas of the engine 110 having a pressure of 3 to 5 barg, and as the blade of the expander 120 rotates, the rotation axis of the expander 120 (symbol not shown) (not shown) rotates, the rotating shaft (not shown) of the compressor 130 connected to the rotating shaft of the expander 120 rotates, and the blades of the compressor 130 rotate, causing the fluid inside the compressor 130 (from the outside) to rotate. The incoming air (which may be air) can be compressed. Here, external air can be introduced into the compressor 130, and the external air introduced into the compressor 130 can be compressed by the blade (not shown) of the compressor 130 linked to the operation of the expander 120. there is.

압축기(130)는, 쿨러(110C)의 효율을 향상시키거나 부하를 낮추도록 엔진룸(15)의 온도보다 낮은 온도를 가지는 공간에 설치될 수 있다. 예를 들어 압축기(130)는, 선체(11)의 데크(부호 도시하지 않음) 상에 마련될 수 있다(도 1 참조). 이와 더불어 압축기(130)와 연결되는 팽창기(120) 또한 데크 상에 마련될 수 있다.The compressor 130 may be installed in a space with a temperature lower than that of the engine room 15 to improve the efficiency of the cooler 110C or lower the load. For example, the compressor 130 may be provided on the deck (not shown) of the hull 11 (see FIG. 1). In addition, an expander 120 connected to the compressor 130 may also be provided on the deck.

압축기(130)가 데크 상에 마련되는 것은, 일반적으로 엔진룸(15)의 내부 온도가 45도 범위로 알려져 엔진룸(15)에 압축기(130)가 마련되면, 압축기(130)로 유입되는 외기는 엔진룸(15) 내의 공기로 이루어져 외기의 온도가 45도의 범위를 이루기 때문이다.The compressor 130 is provided on the deck because the internal temperature of the engine room 15 is generally known to be in the range of 45 degrees. When the compressor 130 is provided in the engine room 15, the outside air flows into the compressor 130. This is because it consists of air in the engine room 15 and the temperature of the outside air is in the range of 45 degrees.

다시 말해서 압축기(130)로 유입되는 외기의 온도는 낮을 수록 밀도가 높아지고, 밀도가 높을 수록 공기의 양이 많아지므로, 엔진(110)의 출력이 향상될 수 있다. 따라서, 엔진(110)으로 유입되는 흡기의 공기 비율을 높여 엔진(110)의 연소율을 향상시킬 수 있도록, 흡기를 제공하는 압축기(130)를 데크 상에 마련할 수 있다. 더불어 쿨러(110C)가 마련되면, 엔진룸(15) 내의 공기 온도에 대비하여 데크 상의 외기 온도가 낮아, 쿨러(110C)의 부하를 낮출 수 있으므로, 종래에 대비하여 소형 쿨러(110C)를 사용할 수도 있다.In other words, the lower the temperature of the outdoor air flowing into the compressor 130, the higher the density, and the higher the density, the larger the amount of air, so the output of the engine 110 can be improved. Therefore, a compressor 130 that provides intake air can be provided on the deck to improve the combustion rate of the engine 110 by increasing the air ratio of intake air flowing into the engine 110. In addition, when the cooler (110C) is provided, the outside air temperature on the deck is lower compared to the air temperature in the engine room (15), so the load on the cooler (110C) can be lowered, so a small cooler (110C) can be used compared to the past. there is.

컴바인드 사이클부(90)는, 엔진(110)과 팽창기(120) 사이에 마련될 수 있으며, 엔진(110)의 배기 가스와 열교환할 수 있다. 예시적으로 도 2를 참조하면 컴바인드 사이클부(90)는, 보일러(91), 제1 터빈(92) 및 응축기(94)를 포함할 수 있다.The combined cycle unit 90 may be provided between the engine 110 and the expander 120 and may exchange heat with the exhaust gas of the engine 110. As an example, referring to FIG. 2 , the combined cycle unit 90 may include a boiler 91, a first turbine 92, and a condenser 94.

보일러(91)는 엔진(110)의 배기 가스와 열교환되고, 보일러(91) 내부를 경유하는 유체(물일 수 있음)는 고온의 수증기가 될 수 있다. 여기서 엔진(110)의 배기 가스는 터보 차저를 경유하지 않고 컴바인드 사이클부(90)의 보일러(91)로 직접 이동하므로 엔진(110)의 실린더 출구 온도와 유사한 범위, 예를 들어 550 ~ 600도의 폐열을 가질 수 있다. 이에 따라 배기 가스는 종래에 대비하여 높은 폐열을 이용하여 보일러(91)를 구동할 수 있으므로, 컴바인드 사이클부(90)는 터보 차저를 경유하는 것에 대비하여 보다 높은 온도를 활용할 수 있어, 초임계 상태의 수증기를 생산할 수 있는 바와 같이, 컴바인드 사이클부(90)의 제1 터빈(92)을 작동시키는 폐기 에너지 효율이 향상될 수 있다.The boiler 91 exchanges heat with the exhaust gas of the engine 110, and the fluid (which may be water) passing through the inside of the boiler 91 may be high-temperature water vapor. Here, the exhaust gas of the engine 110 moves directly to the boiler 91 of the combined cycle unit 90 without going through the turbocharger, so the temperature is in a range similar to the cylinder outlet temperature of the engine 110, for example, 550 to 600 degrees. You may have lung fever. Accordingly, the exhaust gas can drive the boiler 91 using waste heat that is higher than before, so the combined cycle unit 90 can utilize a higher temperature compared to passing through a turbocharger, thereby achieving supercritical As water vapor can be produced, the waste energy efficiency of operating the first turbine 92 of the combined cycle unit 90 can be improved.

보일러(91)를 경유하는 유체는, 보일러(91), 제1 터빈(92), 응축기(94) 및 보일러(91)를 순환할 수 있다. 이에 따라 보일러(91)에서 생산된 스팀은 제1 터빈(92)으로 공급되어 제1 터빈(92)을 구동시킬 수 있다. 여기서 제1 터빈(92)은 스팀 터빈으로 제공될 수 있어, 보일러(91)에서 생산된 수증기에 의해 가동될 수 있다. 제1 터빈(92)은 앞서 언급된 바와 같이 스팀 터빈의 효율이 450도 이상에서 수증기가 초임계 상태를 이룰 수 있어, 에너지 효율이 향상될 수 있는데, 본 실시예는 터보 차저를 경유하지 않은 550도 이상의 폐열을 이용할 수 있으므로, 폐기 에너지 효율이 향상될 수 있다.Fluid passing through the boiler 91 may circulate through the boiler 91, the first turbine 92, the condenser 94, and the boiler 91. Accordingly, the steam produced in the boiler 91 can be supplied to the first turbine 92 to drive the first turbine 92. Here, the first turbine 92 may be provided as a steam turbine and may be operated by water vapor produced in the boiler 91. As mentioned above, the first turbine 92 can improve energy efficiency by allowing water vapor to reach a supercritical state at temperatures above 450 degrees, and in this embodiment, the efficiency of the steam turbine is 550 degrees Celsius or higher without going through a turbocharger. Since more than 100% of waste heat can be used, waste energy efficiency can be improved.

여기서 제1 터빈(92)은 제1 발전기(93)가 연결될 수 있어, 제1 발전기(93)를 구동시킬 수도 있으므로, 제1 터빈(92)에서 발생된 전력은 선박(10) 내의 장비로 공급될 수 있고, 후술되는 제2 실시예의 보조 구동부(125)가 전기 모터로 이루어지면 전기 모터에 전력을 공급할 수도 있는 바와 같이, 다양한 변형예가 가능하다.Here, the first turbine 92 can be connected to the first generator 93 and drive the first generator 93, so the power generated by the first turbine 92 is supplied to equipment in the ship 10. Various modifications are possible, such as when the auxiliary drive unit 125 of the second embodiment, which will be described later, is made of an electric motor, it can supply power to the electric motor.

그리고 응축기(94)는 제1 터빈(92)으로부터 공급되는 유체를 응축하여 보일러(91)에 공급할 수 있다. 예를 들어 응축기(94)는 유체를 응축하는 냉매체가 해수로 이루어질 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.And the condenser 94 can condense the fluid supplied from the first turbine 92 and supply it to the boiler 91. For example, in the condenser 94, the refrigerant that condenses the fluid may be seawater, but this is only an example.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 실시예의 변형예를 설명하도록 하며, 동일한 기능을 하는 동일한 구성의 중복되는 설명은 생략하도록 한다.Hereinafter, a modified example of this embodiment will be described with reference to FIG. 4, and overlapping descriptions of the same configuration performing the same function will be omitted.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 엔진 시스템을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하여, 도 2를 이용하여 설명한 것과 다른 점을 위주로 설명한다.Figure 4 is a diagram showing a marine engine system according to a second embodiment of the present invention. With reference to FIG. 4 , differences from those described using FIG. 2 will be mainly explained.

도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 엔진 시스템(100)은, 제1 실시예와 동일하거나 유사하게 선박(10)에 마련될 수 있으며, 터보 차저가 생략되고 폐기를 효율적으로 운용할 수 있고, 엔진(110), 팽창기(120), 압축기(130) 및 컴바인드 사이클부(90)를 포함할 수 있다. 다만 본 실시예의 엔진 시스템(100)은 제1 실시예와 달리 보조 구동부(125)를 더 구비하는 것에 차이가 있다.Referring to FIG. 4, the engine system 100 according to the second embodiment can be provided on the ship 10 in the same or similar manner as the first embodiment, the turbocharger is omitted and disposal can be efficiently operated. and may include an engine 110, an expander 120, a compressor 130, and a combined cycle unit 90. However, the engine system 100 of this embodiment differs from the first embodiment in that it further includes an auxiliary drive unit 125.

보조 구동부(125)는 엔진(110)의 배기 가스의 일부가 팽창기(120)를 우회하여 공급될 수 있다. 예시적으로 보조 구동부(125)는 전기 모터 또는 스팀 터빈으로 제공될 수 있다. 보조 구동부(125)는 팽창기(120)에 연결되어, 엔진(110)의 배기 가스를 일부 받아 구동되거나 컴바인드 사이클부(90)로부터 전기를 공급받아 팽창기(120)에 회전력을 전달할 수 있다. 여기서 전기는 컴바인드 사이클부(90)의 제1 발전기(93)에서 생산된 전력일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 발전기(도시하지 않음)로부터 전력을 공급받을 수도 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.A portion of the exhaust gas of the engine 110 may be supplied to the auxiliary drive unit 125 by bypassing the expander 120 . By way of example, the auxiliary drive unit 125 may be provided as an electric motor or a steam turbine. The auxiliary drive unit 125 is connected to the expander 120 and can be driven by receiving a portion of the exhaust gas of the engine 110 or can be supplied with electricity from the combined cycle unit 90 to transmit rotational force to the expander 120. Here, the electricity may be power produced by the first generator 93 of the combined cycle unit 90, but is not limited thereto, and various modifications may be made as power may be supplied from a separate generator (not shown). An example is possible.

이와 같이 본 실시예는 엔진(110)의 배기 가스가 컴바인드 사이클부(90)를 경유하더라도, 터보 차저와 달리 압력 손실이 거의 없어 배기 가스의 압력이 유지되므로, 온도 손실이 팽창기(120)를 구동하기 부적합한 온도로 저하되지는 않는 것은 물론, 컴바인드 사이클부(90)를 운용시 폐기의 에너지 효율이 종래에 대비하여 향상될 수 있다.In this embodiment, even if the exhaust gas of the engine 110 passes through the combined cycle unit 90, unlike a turbocharger, there is almost no pressure loss and the pressure of the exhaust gas is maintained, so temperature loss is caused by the expander 120. Not only does the temperature not drop to an unsuitable temperature for operation, but the energy efficiency of disposal when operating the combined cycle unit 90 can be improved compared to the prior art.

도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 엔진 시스템의 비교예를 도시한 도면이다.Figure 5 is a diagram showing a comparative example of an engine system according to some embodiments of the present invention.

도 5를 참조하면, 비교예의 엔진 시스템은, 엔진(E), 터보 차저(T/C), 쿨러(CL)가 제공될 수 있다.Referring to FIG. 5, the engine system of the comparative example may be provided with an engine (E), a turbocharger (T/C), and a cooler (CL).

엔진(E)은 예를 들어 디젤 엔진일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 엔진(E)은 효율성을 높이고자 폐기 압력을 이용하기 위해, 터보 차저(T/C)가 연결될 수 있다. 터보 차저(T/C)는 엔진(E)의 실린더 내부로 공기를 과급해 줄 수 있다. The engine E may be, for example, a diesel engine, but this is only an example. The engine (E) may be connected to a turbocharger (T/C) to utilize waste pressure to increase efficiency. A turbocharger (T/C) can supercharge air inside the cylinder of the engine (E).

여기서 터보 차저(T/C)는 압축기(C)와 터빈(T)이 제공될 수 있고, 터빈(T)에 엔진(E)의 배기 가스가 공급되고, 압축기(C)의 압축 공기가 엔진(E)에 공급될 수 있다. 그런데 엔진(E)의 배기 가스(폐기)가 터빈(T)을 경유하면 압력 및 온도가 낮아져, 컴바인드 사이클(Combined Cycle)이 마련되더라도, 컴바인드 사이클에서 회수 가능한 에너지의 효율은 폐기 에너지의 20~30% 정도에 불과할 수 있다.Here, the turbocharger (T/C) may be provided with a compressor (C) and a turbine (T), exhaust gas from the engine (E) is supplied to the turbine (T), and compressed air from the compressor (C) is supplied to the engine ( E) can be supplied. However, when the exhaust gas (waste) of the engine (E) passes through the turbine (T), the pressure and temperature are lowered, and even if a combined cycle is established, the efficiency of energy recoverable in the combined cycle is 20% of the waste energy. It may only be ~30%.

다시 말해서 엔진(E)의 배기 가스는 엔진 실린더 출구 온도가 600도 이상으로 이루어지는 것으로 알려지 있지만, 배기 가스가 터보 차저(T/C)를 통과하는 과정에서 압력이 낮아지면서, 온도도 함께 하락하여 터보 차저(T/C)를 통과한 배기 가스 온도는 350 ~ 400도여서, 450도 이상에 효율이 향상되는 컴바인드 사이클의 폐기 에너지 효율이 저하될 수 있다.In other words, it is known that the exhaust gas of the engine (E) has an engine cylinder outlet temperature of over 600 degrees, but as the exhaust gas passes through the turbocharger (T/C), the pressure decreases and the temperature also drops, causing the turbo to cool down. The temperature of the exhaust gas passing through the charger (T/C) is 350 to 400 degrees, so the waste energy efficiency of the combined cycle, which improves efficiency above 450 degrees, may decrease.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the attached drawings, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

90: 컴바인드 사이클부 100: 엔진 시스템
110: 엔진 120: 팽창기
130: 압축기90: Combined cycle unit 100: Engine system
110: Engine 120: Expander
130: Compressor

Claims (5)

엔진;
상기 엔진의 배기 가스를 받는 팽창기; 및
상기 팽창기의 회전축에 연결되는 압축기를 포함하여,
상기 엔진의 배기 가스가 터보 차저로 유입되지 않고 상기 팽창기로 유입되어 상기 팽창기를 구동시키고, 상기 팽창기에 연동하여 상기 압축기가 구동되어 압축된 공기가 상기 엔진으로 흡기되는, 선박용 엔진 시스템.engine;
an expander that receives exhaust gas from the engine; and
Including a compressor connected to the rotating shaft of the expander,
A marine engine system in which the exhaust gas of the engine does not flow into the turbocharger but flows into the expander to drive the expander, and the compressor is driven in conjunction with the expander to suck compressed air into the engine. 제1항에 있어서,
상기 엔진의 배기 가스의 일부가 상기 팽창기를 우회하여 공급되고, 상기 팽창기에 연결되어 상기 팽창기에 회전력을 전달하는 보조 구동부를 더 포함하는, 선박용 엔진 시스템.According to paragraph 1,
A portion of the exhaust gas of the engine is supplied bypassing the expander, and further includes an auxiliary drive unit connected to the expander to transmit rotational force to the expander. 제1항에 있어서,
상기 엔진과 상기 팽창기 사이에 마련되며, 상기 엔진의 배기 가스와 열교환되는 컴바인드 사이클부를 더 포함하고,
상기 컴바인드 사이클부는,
상기 엔진의 배기 가스와 열교환하는 유체가 경유하는 보일러;
상기 보일러로부터 상기 유체가 유입되어 구동되는 제1 터빈; 및
상기 제1 터빈으로부터 공급되는 상기 유체를 응축하여 상기 보일러로 공급하는 응축기를 포함하는, 선박용 엔진 시스템.According to paragraph 1,
It is provided between the engine and the expander, and further includes a combined cycle unit that exchanges heat with exhaust gas of the engine,
The combined cycle unit,
a boiler through which a fluid that exchanges heat with exhaust gas of the engine passes;
a first turbine driven by the fluid flowing in from the boiler; and
A marine engine system comprising a condenser that condenses the fluid supplied from the first turbine and supplies it to the boiler. 제1항에 있어서,
상기 압축기와 상기 엔진 사이에 상기 압축 공기를 쿨링하는 쿨러를 더 포함하고,
상기 압축기는, 상기 쿨러의 효율을 향상시키거나 부하를 낮추도록 엔진룸의 온도보다 낮은 온도를 가지는 공간에 설치되는, 선박용 엔진 시스템.According to paragraph 1,
Further comprising a cooler for cooling the compressed air between the compressor and the engine,
The compressor is installed in a space with a temperature lower than that of the engine room to improve the efficiency of the cooler or reduce the load. 제4항에 있어서,
상기 압축기는, 선체의 데크 상에 마련되는, 선박용 엔진 시스템.




According to paragraph 4,
The compressor is a marine engine system provided on the deck of the hull.
KR1020220058680A 2022-05-13 2022-05-13 Engine system for ship KR20230158938A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220058680A KR20230158938A (en) 2022-05-13 2022-05-13 Engine system for ship

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220058680A KR20230158938A (en) 2022-05-13 2022-05-13 Engine system for ship

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230158938A true KR20230158938A (en) 2023-11-21

Family

ID=88982308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220058680A KR20230158938A (en) 2022-05-13 2022-05-13 Engine system for ship

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230158938A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6986251B2 (en) Organic rankine cycle system for use with a reciprocating engine
US7146813B2 (en) Power generation with a centrifugal compressor
WO2011058832A1 (en) Engine waste heat recovery power-generating turbo system and reciprocating engine system provided therewith
US20040088993A1 (en) Combined rankine and vapor compression cycles
WO2012132514A1 (en) Exhaust-heat recovery power generation device
WO2012063718A1 (en) Engine exhaust gas purification device
JP2012007500A (en) Exhaust heat recovery device of internal combustion engine
JP2015086779A (en) Engine cooling system
US6336316B1 (en) Heat engine
KR101449141B1 (en) Turbo device using waste heat recovery system of vhicle
JP2001132442A (en) Engine provided with energy recovering device
KR20160058030A (en) Ship propulsion system and method of operation of ship and ship propulsion system
JP2013032751A (en) Engine system
KR20200045865A (en) Energy saving system of encune by using waste heat and ocean construction comprising the same
CN107476996B (en) Generating set
US20080314041A1 (en) Heat Engine
EP2505793A1 (en) Steam turbine power generation system and ship provided with same
KR20230158938A (en) Engine system for ship
JP2010274905A (en) Marine vessel propulsion system, and marine vessel including the system
Shiraishi et al. Hybrid turbocharger with integrated high speed motor-generator
CN108533387B (en) Turbocharging device with motor/generator
EP3845742B1 (en) Systems and methods for operating a turbocharged gas turbine engine
JP2020183733A (en) Turbo cluster gas turbine system and method of starting the same
KR102492650B1 (en) Complex power generating system and ship having the same
KR20240029816A (en) A system for recycling waste heat