KR970004672B1 - 내연기관 또는 노(furnace)의 동작방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]

내연기관 또는 노(furnace)의 동작방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 이 발명의 방법 및 장치의 흐름 및 제어도.

제2도는 추가보상스텝이 있는 발명의 흐름도.

[발명의 상세한 발명]

이 발명은 먼저 액체연료의 연소장소에 운반되기전에 가열되는 내연기관 또는 노를 동작시키는 방법에 관한 것이다.

내연기관 운전시 연료가열중에 가솔린 또는 연료의 팽창을 통하여 유효하게 연료연소 및 오염물질의 발산에 영향을 주기 위하여, 연료를 연소실에 반입하기전에 연료를 예열하는 것은 잘 알려져 있다.

독일연방공화국 특허공개공보(3203764)에서는 스파크점화 또는 자동점화원리에 의해 동작하는 왕복 내연기관 등의 내연기관, 또는 가솔린 또는 연료공급선에 예열장치가 포함되어 있는 고정연소장치에 액화 또는 기화 가솔린 또는 연료를 공급하는 장치에 대하여 기재되어 있다.

예열장치는 연료가 특정 온도에 도달되게 구성되고 제어되며, 오염물질의 발산은 이 장치에 의해 약간의 효과만 있다.

그러므로, 이 발명의 목적은 오염물질의 발산이 내연기관 또는 노의 동작중 현저하게 감소되는 상기 형의 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

이 목적을 달성하기 위하여, 상기 형의 방법은 청구범위 제1항의 기술적 특징에 있으며, 이 발명의 방법의 중요한 기술은 청구범위 제2항 내지 제8항에 기재되어 있다.

이 발명의 방법에 있어서, 연료는 4단계의 예열장치로 가열되고 처리된다.

내연기관 또는 노를 동작하는데 사용하는 연료의 특성에 따라, 연료는 첫째 여름이나 겨울이든간에 계속적으로 워밍하는 가열단계 동안 계속하여 동일한 파라미터를 갖기 위하여 예열단계에서 기준온도 40℃와 60℃(연료에 따라)간을 유지해야 한다.

팽창단계인 제2의 예열 또는 워밍단계에서 연료는 80℃과 200℃간의 온도로 가열하는 제3단계(반응단계)의 내분자 불안정상태로 전환하기 위하여 등에너지밀도에서 가열하여 50℃~150℃(연료특성)간의 온도로 팽창시킨다.

이 내분자 불안정상태에서, 연료는 가솔린 또는 연료가 기화 또는 가스화(기화 온도)되기 직전 온도까지 가압되어 제4단계 및 최종 단계, 기화 단계로 가열된다.

그리고, 연료를 연소장소에 이르게 하여, 기화기, 분사노즐 등을 통하여 공기와 혼합된 후, 예로서 직접 왕복 피스톤 내연기관 상부의 사점(dead center) 에너지의 최대 방출 및 오염물질의 최소 발사로 대략 잔류물 없는 연소를 할 수 있는 연료공기의 혼합물이 된다.

이 상태에서 연료는 미세한 가연성(액체) 분미스트(mist)로서 직접 기화 또는 증기변환점에 들어가게 된다. 이것은 특히 자연점화 내연기관의 경우에 있어서 중요한 잇점을 제공한다.

또한, 스파크점화 내연기관의 경우 생성된 연료혼합물은 가능한한 최단 시간내에 점화되어야 한다.

개개의 예열 및 가열단계에서 도달된 온도는 제어전자장치에 의해 완전히 제어할 수 있으며, 동일하게, 예열기 앞의 통과량 및 압력 등의 입력 및 출력 데이터는, 예열기의 정확한 증기변환점 또는 기화점 직전에 내분자 불안정상태의 도달의 관찰하여 연료 특성 동작 파라미터를 제어하기 위해, 결정되어야 한다.

연료의 전체 팽창 때문에, 용이하고 신속한 점화성 및 연소공간에서의 물질상태의 변화는 방출에너지 및 발생한 높은 에너지밀도와 함께, 성능 및 거의 잔류물없는 연소에 대하여 우수한 결과를 얻을 수 있으며, 배기가스의 후처리는 일반적으로 필요하지 않다.

종래의 내연기관은 또한 이 장치로 개조할 수 있으며, 그러한 개조는 연소소모량을 현저히 감소시키며 발사되는 오염물질을 최소로 감소시킨다.

종래의 내연기관에서 시험에 의해 연료절약은 50%~80%에 이르고, 출력의 증가는 17%~23%에 달하는 것으로 측정되었다.

연소공간내에 들어온 연료공기혼합물은 간단한 제어전자장치 및 점화장치에 의해 점화되어야 하며, 한편 이 발명의 바람직한 개량에서와 같이 무엇보다 120V의 부의 전압을 인가하여 혼합물을 분극화해야 한다[스파크 플러그의 캐소드에서 실린더 벽까지(전극)].

그리고, 전극과 스프크 플러그간의 영역은 320V의 부의 전압을 인가하여 이온화시킬 수 있다. 따라서, 이온화 필드(cloud)가 스파크 플러그의 전국과 캐소드 주위에 발생한다.

3,000V~5,000V급의 부의 스파이크 펄스전압을 인가함으로써 점화 스파크는 이온화 필드를 점화하여, 프라스마(plasma)상태로 변화된다.

예외적으로 20,000℃에서의 높은 온도에까지 이르며, 그 때문에 그 연료혼합물은 전체적으로 볼 때 신속하게 그리고 신회성있게 점화시킬 수 있다.

연료가 예열기에 재유입되기전에 내연기관의 운전을 위해 당장은 필요치 않은 연료에 있어서 연료분배기에서 기화 온도에 도달한 연료의 장치의 가열을 고려하여, 이 발명의 방법 또는 장치에 의해 삽입한 보상스텝을 가진 2개의 독립된 연료사이클이 제공된다.

제1의 연료사이클에서는 예열기 및 연료배분기가 제공되고, 제2의 연료사이클에는 연료탱크가 접속되어 있다.

내연기관을 동작하는데 필요치 않은 연료가 제1의 연료사이클(재사이클 핀)로 되돌아가면, 임의의 이전의 가스배출과정을 보상하며 소정 온도레벨을 다시 유지하기 위하여, 예열안된 연료는 연료탱크에서의 연료와 보상연료탱크에서 또는 보상스텝에서 혼합된다.

연료의 잉여분은 제2의 연료사이클의 재사이클라인을 통하여 연료탱크로 되돌아간다. 혼합될 연료양은 동작파라미터의 작용으로 제어전자장치에 의해 제어되며, 또한 제어된 3방향 믹서를 보상용 탱크에 구성할 수 있다.

이 발명의 방법 및 이 발명의 장치를 설명하기 위해 첨부 도면에 따라 구체적으로 설명한다.

실시예

첨부 도면에서, 발명의 방법을 실시하는 장치를 일반적으로 부호 1로 표시하였다.

도시된 실시예에 있어서, 예로서 충격방지용 플라스틱 또는 금속제 하우징을 가지고 기존 내연기관 또는 노(furnaces)에 장착된 장치로서 구성되어 있다.

모든 구성성분은 절연되어 있어, 전체로 전류소모량이 적으며 가열될 필요가 없는 부품에 열이 침입하지 않는다.

제어전자장치를 구성하여 하우징 내부 접촉스트립에서 하이브리드(hybrid)로서 설치할 수 있으며, 연료의 외부 접속부재는 표준구조로 되어 있으며 가솔린 또는 디젤엔진의 기존차량에 적합하게 할 수 있다.

또한, 그 하우징에는 차량에 설치되는 진동감쇄장치를 설치할 수 있다.

수퍼(super) 또는 디젤연료등 액체연료용 탱크는 부호 2로 표시되며, 연료라인(3)은 탱크(2)에서 연료펌프(4)까지 형성되며, 거기에 직렬로 첵크밸브(5), 흐름센서(6) 및 압력센서(7)가 접속되어 있다.

흐름센서(6) 및 압력센서(7)는 도선(8)(9)을 통하여 제어전자장치(10)에 접속되며 이 제어전자장치에서 연료 특성 흐름치 및 압력치를 참작할 수 있다.

전압은 발전기(11)에 의해 공급되며, 그 위에 회전을 모니터하기 위한 센서(12)가 설치되고 센서(12)는 또다시 제어전자장치(10)에 접속된다.

차량전기시스템 블레이드(13)는 제어전자장치(10)에 구성된 네트워크 준비시스템(14)에 접속되어 있다.

예열기는 전체로서 부호 15로 표시되며, 이 예열기(15)는 열동축 히터코일로 구서되고, 코일당 36cm 의 길이에서 12개 코일을 가지며, 8mm의 최소 내경을 가진 동파이프로 구성되고 히터코일은 절연재(16)에 의해 포위되어 있다(envelop).

전체로, 히터코일은 4단계로 구성되며, 각 경우에 4개의 가열소자/열센서소자(17)(18)(19)(20)가 구성되고, 각각의 가열소자는 제어전자장치(10)에 의해 제어된다.

통과하는 연료의 온도는 공칭/실측치 비교에 의해 각 단계를 1/10℃로 정확히 조정할 수 있다.

코일의 출구에 열센서(21)가 구성되어 제어전자장치에 출구온도를 알린다.

연료는 열압력파이프라인(22)을 통하여 기화기, 인젝터펌프 또는 배분기 등의 연료배분기에 공급되며, 거기에서 연료 또는 연료/공기혼합물은 내연기과 또는 노의 연소공간에 도달한다.

제2도의 실시에에 있어서, 동일한 구성성분에는 동일한 부호를 나타내며, 예열기(15)의 상세한 설명은 생략한다.

보상용 탱크(24)를 통하여 같이 접속될 수 있는 2개의 분리된 연료사이클(I,II)이 이 실시예에 구성되었다.

제1의 연료사이클(I)은 예열기(15), 그리고 연료배분기(23)을 갖고 있으며, 또한, 작업펌프(25)가 구성되어 있다.

압력측정장소는 부호 26에 배치되고, 대형저장시설(27)이 있다.

연소공간에 공급안되는 연료는 제1의 연료사이클(I)의 리사이클(I,1)를 경유 연료배분기(23)에 의하여 보상용 탱크(24)에 공급된다.

보상용 탱크에 들어가기전에 혼합기(28)는 압력라인에 접속되므로, 제어전자장치에 의하여 연료는 보상용 탱크에 들어가는 대신 바이패스선(II,22)를 통과하여 연료탱크(2)에 이르는 리사이클라인(II,3)으로 재순환된다.

연료배분기(23)에서 대략 엔진온도로 가열된 필요한 연료가, 배기가스를 발생하는 공정인 리사이클라인(I,1)(팽창됨)에 도달하면, 예열된 연료는 보상용 탱크에서 혼합되지 않는다.

제어전자장치에 의해 제어되는 도시생략한 3방향 혼합기는 보상용 탱크(24)에 배치되고, 연료는 일정량 3방향 혼합기에 의해 혼합되어 연료의 소정 파라미터(온도)를 달성하기 위해 당분간 필요하게 된다. 임의의 잉여연료는 리사이클라인(II,3)을 통하여 연료탱크(2)로 되돌아간다.

Claims (8)

1. 액체연료(liquid fuel)를 연소실(combustion space)내에 유입시키기 전에 그 액체연료를 가열시키는 내연기관 또는 노(furnace)를 도착하는 방법에 있어서, 그 액체연료를 연소실에 유입시키기 전에 다음의 예열 및 가열공정에 의해 기화 온도부근에서 분자간의 불안정상태를 발생시킴을 특징으로 하는 방법.

   (가) 그 액체연료를 기준온도 40~60℃로 가열시키는 예열공정 ;

   (나) 등에너지밀도(constant energy density)에서 온도 50~150℃로 가열시켜 그 액체연료를 팽창시키는 팽창공정 ;

   (다) 온도 80~200℃로 가열시켜 그 액체연료를 분자간의 불안정상태로 변환시키는 그 다음 반응공정 ;

   (라) 압력을 2.5~40bar로 증가시켜 기화 온도까지 그 액체연료를 가열시키는 기화공정.
2. 제1항에 있어서, 각각의 예열공정과 가열공정에서 액체연료의 온도는 각각 측정하여 공칭치(nominal value)와 실측치를 비교함으로써 제어함을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 기화 온도에서 가압하에 공급한 액체연료를 압축공기와 혼합시키며, 그 액체연료와 압축공기의 혼합물을 부(negative)의 점화 펄스(ignition pulse)를 가진 점화장치(igniter)에 의해 점화시킴을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 점화장치에 부(negative)의 전압을 인가하여 그 액체연료와 압축공기의 혼합물을 분극화(polarizing)시킴으로써 점화됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 부(negative)의 전압 120V를 인가하여 분극을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 부(negative)의 전압을 인가함으로써, 스파크 플러그(spark plug)의 전극과 캐소드에 의해 연소실의 공간영역(spatial region)이 이온화됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 그 점화장치의 전극과 캐소드 사이의 공간영역은 부(negative)의 전압 약 320V를 인가하여 이온화시킴을 특징으로 하는 방법.
8. 제4항에 있어서, 점화장치의 점화 스파크(ignition spark)는 부(negative)의 스파이크 펄스전압(negative spike pulse voltage) 3,000V~5,000V에 의해 발생함을 특징으로 하는 방법.