KR102007048B1 - Internal combustion engine, exhaust gas recirculation device and method for exhaust gas recirculation - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복수의 실린더(12)를 구비한 엔진(11)과 하나 이상의 터보차저(16, 17)를 구비한 과급 장치(15)를 포함하는 내연기관(10), 즉 중유로 작동되는 내연기관에 관한 것이며, 실린더들(12)에서 배출되어 과급 장치(15)로 공급될 수 있는 배기가스(14)는, 하나 이상의 배기가스 재순환 냉각기(25, 26)를 포함하는 배기가스 재순환 장치(23)에 의해, 과급 장치(15)의 상류에서 분기될 수 있고, 냉각 후에는 압축된 과급 공기(13)와 혼합될 수 있으며, 그리고 하나 이상의 첨가제(27, 34)가 배기가스 재순환 냉각기(26)의 상류에서 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스 내로 도입될 수 있고, 배기가스 재순환 냉각기(26)는 황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스를 냉각시키며, 첨가제는 배기가스의 황산화물을 결합하고 및/또는 배기가스의 냉각 시 발생하는 황 함유 산을 중화시킨다. The present invention relates to an internal combustion engine (10) including an engine (11) having a plurality of cylinders (12) and a supercharger (15) having one or more turbochargers Exhaust gas 14 which is discharged from the cylinders 12 and can be supplied to the supercharging apparatus 15 is supplied to an exhaust gas recirculation apparatus 23 including at least one exhaust gas recirculation cooler 25 And may be mixed with the compressed supercharged air 13 after cooling and one or more additives 27 and 34 may be mixed with the exhaust gas recirculation cooler 26, And the exhaust gas recirculation cooler 26 can be introduced into the exhaust gas recirculation device 23 which is guided through the exhaust gas recirculation device 23 at a temperature lower than the dew point temperature of the sulfur- And the additive is added to the sulfur oxides of the exhaust gas And / or to neutralize the sulfur-containing acid which occurs upon cooling of the exhaust gas.

Figure R1020140020182
Figure R1020140020182

Description

내연기관, 배기가스 재순환 장치, 및 배기가스 재순환 방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE, EXHAUST GAS RECIRCULATION DEVICE AND METHOD FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an internal combustion engine, an exhaust gas recirculation device, and an exhaust gas recirculation method.

본 발명은 내연기관에 관한 것이다. 그 밖에도, 본 발명은 또한 내연기관용 배기가스 재순환 장치, 및 내연기관에서 배기가스를 재순환하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine. In addition, the present invention also relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, and a method for recirculating the exhaust gas in an internal combustion engine.

중유로 작동되는 내연기관들의 경우, 이용되는 연료, 다시 말해 중유는 높은 황 함량 구비한다는 특징이 있다. 황산화물들은 배기가스의 또 다른 성분들과 반응할 수 있고 내연기관의 배기가스 정화 장치와 같은 내연기관들의 어셈블리들에서 침착물(diposits)로 이어질 수 있다.In the case of internal combustion engines operating with heavy oil, the fuel used, in other words heavy oil, is characterized by a high sulfur content. Sulfur oxides can react with other components of the exhaust gas and can lead to diposits in the assemblies of internal combustion engines, such as an exhaust gas purifier of an internal combustion engine.

DE 10 2004 027 593 A1로부터, 과급 장치와 배기가스 정화 장치를 포함한 내연기관이 공지되었다. 과급 장치는 1단 또는 2단 과급 장치로서 구현된다. 배기가스 정화 장치는, 1단 과급 장치의 경우 배기가스 터보차저의 터빈의 하류에 또는 배기가스 터보차저의 터빈의 상류에 위치결정되는, 하나 이상의 SCR 촉매 컨버터를 포함한다. 2단 과급 장치의 경우, 상기 종래 기술에 따른 SCR 촉매 컨버터는 고압 배기가스 터보차저의 고압 터빈과 저압 배기가스 터보차저의 저압 터빈 사이에 위치결정된다. From DE 10 2004 027 593 A1, an internal combustion engine including a supercharging device and an exhaust gas purifying device is known. The supercharger is implemented as a one- or two-stage supercharger. The exhaust gas purifier includes at least one SCR catalytic converter positioned downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger or upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger in the case of a first stage supercharger. In the case of a two stage supercharger, the prior art SCR catalytic converter is positioned between the high pressure turbine of the high pressure exhaust turbocharger and the low pressure turbine of the low pressure exhaust turbocharger.

승용차 및 상용차에서의 적용들로부터, 이른바 배기가스 재순환의 이용을 통해 내연기관의 배기가스 배출량을 더욱 감소시키는 점이 공지되어 있다.It is known from applications in passenger cars and commercial vehicles that exhaust emissions from the internal combustion engine are further reduced through the use of so-called exhaust gas recirculation.

그러나 중유로 작동되는 내연기관에서 배기가스 재순환의 이용은 문제가 된다. 따라서 지금까지 배기가스 재순환은 중유로 작동되는 내연기관에서 이용될 수 없었다. 그 이유는, 특히 배기가스 재순환 시 재순환될 배기가스가 배기가스 재순환 냉각기를 통해 황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 냉각됨으로써, 그 다음 배기가스 재순환 장치의 어셈블리들 및 내연기관의 어셈블리들이 황 함유 산과 접촉하고 이를 통해 황 함유 산의 강한 부식 작용으로 인해 손상될 수 있다는 점에 있다.However, the use of exhaust gas recirculation in internal combustion engines operating with heavy oil is problematic. Hitherto, exhaust gas recirculation has not been available in internal combustion engines operated with heavy oil. The reason is that the exhaust gas to be recycled, especially during exhaust gas recirculation, is cooled to below the dew point temperature of the sulfur-containing acid through the exhaust gas recirculation cooler so that the assemblies of the exhaust gas recirculation device and the assemblies of the internal combustion engine then contact sulfur- Which can be damaged by the strong corrosive action of sulfur-containing acids.

본 발명의 과제는, 종래 기술로부터 출발하여, 중유로 작동되는 새로운 유형의 내연기관, 상기 내연기관을 위한 새로운 유형의 배기가스 재순환 장치, 및 상기 내연기관에서 배기가스를 재순환하기 위한 새로운 유형의 방법을 제공하는 것에 있다.The object of the present invention is to provide a new type of internal combustion engine operating with heavy oil, a new type of exhaust gas recirculation device for the internal combustion engine, and a new type of method for recirculating the exhaust gas in the internal combustion engine, And the like.

상기 과제는 청구항 제 1항에 따르는 내연기관에 의해 해결된다. 본 발명에 따라서, 실린더들에서 배출되어 과급 장치로 공급될 수 있는 배기가스는, 하나 이상의 배기가스 재순환 냉각기를 포함하는 배기가스 재순환 장치에 의해, 과급 장치의 상류에서 분기될 수 있고, 냉각 후에는 압축된 과급 공기와 혼합될 수 있으며 그리고, 배기가스의 황산화물들을 결합하고 및/또는 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시키는 하나 이상의 첨가제가, 황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 배기가스를 냉각시키는 배기가스 재순환 냉각기의 상류에서, 배기가스 재순환 장치를 통해 안내되는 배기가스 내로 도입된다. 본 발명으로 제안되는 점에 따라, 중유로 작동되는 내연기관에서 배기가스 재순환 장치를 이용하며, 이는 배기가스 재순환 장치를 통해 안내되는 배기가스 내로, 배기가스의 황산화물들을 결합하고 및/또는 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시키는, 첨가제가 도입되는 것을 통해 가능해진다. 그 다음, 이를 통해, 배기가스 재순환 장치의 어셈블리들 내지 실린더들의 피스톤들이 황 함유 산과 접촉하는 점이 방지된다. 부식으로 인한 상기 어셈블리들의 손상은 효과적으로 저지된다.The above problem is solved by an internal combustion engine according to claim 1. According to the present invention, the exhaust gas discharged from the cylinders and supplied to the supercharger can be branched upstream of the supercharging device by an exhaust gas recirculation device including at least one exhaust gas recirculation cooler, and after cooling And the at least one additive that neutralizes the sulfur-containing acid that occurs during the cooling of the exhaust gas and / or the sulfur-containing acid is mixed with the exhaust gas at a temperature below the dew point temperature of the sulfur- Is introduced into the exhaust gas, which is guided through the exhaust gas recirculation device, upstream of the exhaust gas recirculation cooler which cools the exhaust gas recirculating cooler. According to the present invention, an exhaust gas recirculation system is used in an internal combustion engine driven by heavy oil, which combines the sulfur oxides of the exhaust gas into the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device and / Lt; RTI ID = 0.0 > of sulfur-containing < / RTI > This in turn prevents the pistons of the assemblies or cylinders of the exhaust gas recirculation from contacting sulfur-containing acids. Damage to the assemblies due to corrosion is effectively prevented.

바람직하게, 각각의 첨가제는, 수용성 반응 생성물을 형성하도록, 배기가스의 황산화물들 및/또는 배기가스의 냉각 시 발생하는 황 함유 산과 반응하며, 수용성 반응 생성물은 각각의 배기가스 재순환 냉각기의 하류에 배치되는 액적 분리기(droplet separator)를 통해 응축수와 함께 배기가스 재순환 장치로부터 배출될 수 있다. 수용성 반응 생성물로의 황산화물들의 및/또는 황 함유 산의 반응 및 액적 분리기를 통한 응축수와 함께하는 수용성 반응 생성물의 배출은, 구조적으로 간단하고 효과적이면서 바람직하다.Preferably, each additive reacts with sulfur-containing acids which occur upon cooling of the sulfur oxides and / or exhaust gases of the exhaust gas so as to form a water-soluble reaction product, and the water-soluble reaction products are introduced into the exhaust gas recirculation cooler And may be discharged from the exhaust gas recirculation apparatus together with condensed water through a droplet separator disposed. The reaction of sulfur oxides and / or sulfur-containing acids into the water-soluble reaction product and the discharge of the water-soluble reaction product with the condensate through the liquid separator is preferred by being simple and effective in structure.

본 발명의 유리한 추가의 개선에 따라서, 배기가스 재순환 장치는, 황 함유 산의 이슬점 온도 초과의 온도로 배기가스를 냉각시키는 제1 배기가스 재순환 냉각기 및, 황 함유 산의 이슬점 온도 미만의 온도로 배기가스를 냉각시키는 제2 배기가스 재순환 냉각기를 포함한다. 각각의 첨가제는, 배기가스 재순환 장치를 통해 안내되는 배기가스의 유동 방향에서, 제2 배기가스 재순환 냉각기의 상류에서 그리고, 제1 배기가스 재순환 냉각기의 하류에서 또는 대안적으로 상류에서 배기가스 내로 도입된다. 이런 실시예는 중유로 작동되는 내연기관에서 특히 바람직하다. 배기가스의 황산화물들을 결합하고 및/또는 배기가스의 냉각 시 발생하는 황 함유 산을 중화시키는 각각의 첨가제는 바람직하게 두개의 배기가스 재순환 냉각기 사이에서 배기가스 내로 도입된다.According to a further advantageous refinement of the invention, the exhaust gas recirculation device comprises a first exhaust gas recirculation cooler for cooling the exhaust gas to a temperature above the dew point temperature of the sulfur-containing acid, and a second exhaust gas recirculation cooler for cooling the exhaust gas to a temperature below the dew- And a second exhaust gas recirculation cooler for cooling the gas. Each additive is introduced upstream of the second exhaust gas recirculation cooler and downstream of the first exhaust gas recirculation cooler or alternatively upstream into the exhaust gas in the direction of flow of the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device do. Such an embodiment is particularly desirable in an internal combustion engine operated with heavy oil. Each additive that combines the sulfur oxides of the exhaust gas and / or neutralizes the sulfur-containing acid generated upon cooling of the exhaust gas is preferably introduced into the exhaust gas between the two exhaust gas recirculation coolers.

내연기관을 위한 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치는 청구항 제 8항에서 한정된다. An exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is defined in claim 8.

내연기관에서 배기가스를 재순환하기 위한 본 발명에 따른 방법은 청구항 제 10항에서 한정된다. A method according to the present invention for recirculating exhaust gas in an internal combustion engine is defined in claim 10.

본 발명의 바람직한 추가의 개선들이 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 제시된다. 본 발명의 실시예들은, 이들 실시예로 국한되지 않으면서, 도면의 도움으로 더욱 상세하게 설명된다.Further preferred refinements of the invention are set forth from the dependent claims and the ensuing description. The embodiments of the present invention are not limited to these embodiments, but are explained in more detail with the aid of the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 제1 내연기관을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제2 내연기관을 도시한 개략도이다.1 is a schematic view showing a first internal combustion engine according to the present invention.
2 is a schematic view showing a second internal combustion engine according to the present invention.

본 발명은 중유로 작동되는 내연기관, 특히 선박 디젤 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine operated by heavy oil, in particular a marine diesel internal combustion engine.

도 1은 본 발명에 따른 중유로 작동되는 내연기관(10)의 제1 실시예를 도시한 개략도이며, 내연기관(10)은 복수의 실린더(12)를 구비한 엔진(11)을 포함한다. 내연기관(10)의 실린더들(12) 내에서는 연료로서 중유가 연소되며, 이를 위해 압축된 과급 공기(13)가 또한 내연기관(10)의 실린더들(12)로 중유에 부가하여 공급된다. 중유의 연소 시 발생하는 배기가스(14)는 내연기관(10)의 실린더들(12)로부터 배출된다.1 is a schematic view showing a first embodiment of a heavy oil-powered internal combustion engine 10 according to the present invention. The internal combustion engine 10 includes an engine 11 having a plurality of cylinders 12. In the cylinders 12 of the internal combustion engine 10, heavy fuel is burned as fuel, and the compressed supercharged air 13 is also supplied to the cylinders 12 of the internal combustion engine 10 in addition to the heavy fuel oil. The exhaust gas (14) generated during combustion of the heavy oil is discharged from the cylinders (12) of the internal combustion engine (10).

도 1에 도시된 내연기관(10)은, 도시된 실시예에서 2개의 터보차저(16, 17)를 구비하는 과급 장치(15)를 포함한다. 제1 터보차저(16)는 이른바 고압 터보차저로서 구현되고 제2 터보차저(17)는 이른바 저압 터보차저로서 구현된다. 내연기관(10)의 실린더들(12)에서 배출되는 배기가스(14)는 우선 고압 터보차저(16)의 고압 터빈(18)의 영역에 도달하고, 이어서 저압 터보차저(17)의 저압 터빈(19)의 영역에 도달한다.The internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 includes a supercharging device 15 having two turbochargers 16, 17 in the illustrated embodiment. The first turbocharger 16 is embodied as a so-called high-pressure turbocharger and the second turbocharger 17 is embodied as a so-called low-pressure turbocharger. The exhaust gas 14 discharged from the cylinders 12 of the internal combustion engine 10 first reaches the region of the high pressure turbine 18 of the high pressure turbocharger 16 and then reaches the low pressure turbine 17 of the low pressure turbocharger 17 19).

터보차저들(16, 17)의 터빈들(18, 19) 내에서 배기가스(14)는 점진적으로 감압되며, 이러한 과정에서 생성되는 에너지는 터보차저들(16, 17)의 압축기들(20 또는 21) 내에서 과급 공기(13)를 점진적으로 압축하기 위해 이용된다. 이처럼, 저압 터보차저(17)는 저압 압축기(21)를 포함하고, 고압 터보차저(16)는 고압 압축기(20)를 포함한다. 터보차저들(16, 17)의 각각의 압축기(20, 21)의 하류에는 각각의 과급 공기 냉각기(22)가 배치된다.The exhaust gas 14 is gradually depressurized in the turbines 18 and 19 of the turbochargers 16 and 17 and the energy produced in this process is supplied to the compressors 20 and 19 of the turbochargers 16 and 17. [ 21) in order to gradually compress the supercharged air (13). As such, the low pressure turbocharger 17 includes a low pressure compressor 21 and the high pressure turbocharger 16 includes a high pressure compressor 20. Each boost air cooler 22 is disposed downstream of each of the compressors 20, 21 of the turbochargers 16, 17.

이와 관련하여, 주지할 사항은, 2개의 터보차저(16, 17)를 포함하는 도 1에 도시된 과급 장치(15)와 대조적으로, 1단 과급 장치 또는 2단 이상의 과급 장치도 이용될 수 있다는 점이다. 부가적으로, 본 발명에 따른 중유로 작동되는 내연기관(10)은 미도시한 배기가스 정화 장치를 포함할 수 있다. 상기 배기가스 정화 장치는 하나 이상의 미도시한 배기가스 촉매 컨버터를, 예컨대 SCR 촉매 컨버터를 포함한다. 추가로 배기가스 정화 장치는 입자 필터(particle filter)를 포함할 수 있다.In this regard, it should be noted that, in contrast to the supercharger 15 shown in FIG. 1, which includes two turbochargers 16 and 17, a supercharger of a single stage or a supercharger of more than two stages may be used It is a point. In addition, the heavy oil-powered internal combustion engine 10 according to the present invention may include an exhaust gas purifying apparatus not shown. The exhaust gas purification apparatus includes one or more exhaust gas catalytic converters, for example, an SCR catalytic converter. In addition, the exhaust gas purifier may include a particle filter.

본 발명에 따른 내연기관(10)은 배기가스 재순환 장치(23)를 포함한다. 배기가스 재순환 장치(23)에 의해, 실린더들(12)에서 배출된 배기가스(14)는, 개방된 배기가스 재순환 밸브(24)와 더불어, 배기가스의 유동 방향에서 볼 때, 각각의 터보차저(16, 17)의 상류에서, 배기가스 유동으로부터 분기될 수 있으며, 도 1의 실시예에서 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 분기된 배기가스가 2개의 배기가스 재순환 냉각기(25, 26)를 통해 안내된다. 이 과정에서, 배기가스 재순환 냉각기(25)는 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스를 황 함유 산의 이슬점 온도 초과의 온도로 냉각시킨다. 제2 배기가스 재순환 냉각기(26)는 단지 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스를 황 함유 산의 이슬점 온도 미만의 온도로 냉각시킨다.An internal combustion engine (10) according to the present invention includes an exhaust gas recirculation device (23). The exhaust gas 14 discharged from the cylinders 12 by the exhaust gas recirculation device 23 is supplied to the exhaust gas recirculation valve 24 via the exhaust gas recirculation valve 24, The exhaust gas that is branched from the exhaust gas flow upstream of the exhaust gas recirculation device 16 and 17 and is branched through the exhaust gas recirculation device 23 in the embodiment of FIG. 1 is supplied to the two exhaust gas recirculation coolers 25 and 26 Lt; / RTI > In this process, the exhaust gas recirculation cooler 25 cools the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device 23 to a temperature exceeding the dew point temperature of the sulfur-containing acid. The second exhaust gas recirculation cooler 26 only cools the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device 23 to a temperature below the dew point temperature of the sulfur-containing acid.

본 발명에 따라, 첨가제가 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스 내로 도입되며, 첨가제는 배기가스의 황산화물들(SOX)을 결합하고 및/또는 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시킨다.According to the invention, the additive is introduced into the exhaust gas is guided through the exhaust gas recirculation device 23, the additive that occur during the combining of sulfur oxides in the exhaust gas (SO X) and / or cooling of the exhaust gas sulfur Containing acid.

도 1의 실시예에서, 이러한 첨가제(27)는, 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스의 유동 방향에서 볼 때, 제1 배기가스 재순환 냉각기(25)의 하류에서 및 제2 배기가스 재순환 냉각기(26)의 상류에서 배기가스 내로, 즉 도 1의 노즐(28)에 의해 도입된다.In the embodiment of Fig. 1, this additive 27 is disposed downstream of the first exhaust gas recirculation cooler 25 and at a position downstream of the second exhaust gas recirculation cooler 25, as viewed in the direction of flow of the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device 23. [ Is introduced into the exhaust gas upstream of the gas recirculation cooler 26, i.e., by the nozzle 28 of FIG.

배기가스 내로 도입되는 각각의 첨가제(27)는, 수용성 반응 생성물을 형성도록, 배기가스의 황산화물들(SOX) 및/또는 제2 배기가스 재순환 냉각기(26)의 영역에서 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산과 반응한다. 상기 수용성 반응 생성물은, 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스의 유동 방향에서 제2 배기가스 재순환 냉각기(26)의 하류에 그리고 그에 따라 제1 배기가스 재순환 냉각기(25)의 하류에 배치되는, 액적 분리기(29)를 통해 응축수와 함께 배기가스 재순환 장치(23)로부터 배출될 수 있다. 도 1에서, 배기가스 재순환 장치(23)로부터 배출되는 응축수뿐 아니라, 각각의 첨가제 및 배기가스의 황산화물들 및/또는 황 함유 산이 응축수 내에 용해된 반응 생성물은 도면 부호 30으로 표시된다. Each of the additive 27 is introduced into the exhaust gas, the SOx in the exhaust gas so as to form a water soluble reaction product (SO X) and / or 2 during the cooling of the exhaust gas in the area of the exhaust gas recirculation cooler (26) Reacts with the resulting sulfur-containing acid. The water-soluble reaction product is introduced into the second exhaust gas recirculation cooler 26 downstream of the first exhaust gas recirculation cooler 25 in the flow direction of the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device 23, And can be discharged from the exhaust gas recirculation device 23 together with the condensed water through the droplet separator 29, which is disposed. In Fig. 1, not only the condensate discharged from the exhaust gas recirculation device 23, but also the reaction product of sulfuric acid and / or sulfur-containing acid of each additive and exhaust gas dissolved in the condensed water is indicated by reference numeral 30.

액적 분리기(29)의 하류에서 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 엔진(11)의 실린더들(12)의 방향으로 안내되는 배기가스는, 황산화물들을 함유하지 않고 및/또는 황 함유 산을 함유하지 않으며, 그에 따라 문제없이, 과급 송풍기(31)에 의해, 압축된 과급 공기(13)에 혼합될 수 있다. 따라서 배기가스 재순환 장치(23)의 어셈블리들뿐 아니라 내연기관(10)의 실린더들(12)이 배기가스의 황산화물들 및 황 함유 산과 반응하여 이와 관련된 부식에 노출되는 위험은 존재하지 않는다.The exhaust gas which is guided in the direction of the cylinders 12 of the engine 11 via the exhaust gas recirculation device 23 downstream of the liquid separator 29 is exhausted from the exhaust gas recirculation line 22 without containing sulfur oxides and / And can therefore be mixed into the compressed supercharged air 13 by the supercharger 31 without problems. There is therefore no risk that the assemblies of the exhaust gas recirculation device 23 as well as the cylinders 12 of the internal combustion engine 10 will react with the sulfur oxides and sulfur-bearing acids of the exhaust gases and thus become exposed to the associated corrosion.

바람직하게, 첨가제(27)로서 암모니아수(NH4OH) 및/또는 탄산암모늄((NH4)2CO3) 및/또는 중탄산암모늄(NH4HCO3) 및/또는 수산화나트륨(NaOH) 및/또는 탄산나트륨(Na2CO3) 및/또는 수산화칼륨(KOH) 및/또는 탄산칼륨(KCO2)이 노즐(28)을 통해 배기가스 내로 도입된다. 각각의 첨가제는 배기가스의 황산화물들(SOX) 및/또는 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산과 반응하여, 수용성 및 염기성 반응 생성물을 형성하며, 이어서 반응 생성물은 이미 언급한 것처럼 액적 분리기(29)를 통해 응축수와 함께 배기가스 재순환 장치(23)로부터 배출될 수 있다.Preferably, the additive (27) of aqueous ammonia (NH 4 OH) and / or ammonium carbonate ((NH 4) 2 CO 3 ) and / or ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3) and / or sodium hydroxide (NaOH) and / or as Sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and / or potassium hydroxide (KOH) and / or potassium carbonate (KCO 2 ) are introduced into the exhaust gas through the nozzle 28. Each of the additive is the sulfur oxides in the exhaust gas (SO X) and / or by a sulfur-containing acid and the reaction that occurs during the cooling of the exhaust gas, to form a water-soluble and basic reaction products, and then the reaction product is liquid, as already mentioned separator ( 29 and exhaust gas recirculation device 23 together with condensed water.

하기에는, 예시로서 몇몇 첨가제에 대해, 수용성 반응 생성물을 형성하는, 배기가스의 황산화물들(SOX) 및/또는 황 함유 산과 각각의 첨가제의 반응 사슬이 명시된다.Hagieneun, the reaction of the chain for some additives, containing the sulfur oxides to form a water soluble reaction product, an exhaust gas (SO X) and / or sulfur acid and each of the additives is specified as an example.

특히 암모니아수(NH4OH)가 첨가제로서 이용될 때, 뒤따르는 예시적 반응 사슬에 따라 황산화물들의 수용성 황산암모늄((NH4)2SO4)으로의 반응이 일어난다. Particularly when ammonia water (NH 4 OH) is used as an additive, reaction with aqueous ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) of sulfur oxides takes place following the exemplary reaction chain.

NH4OH + SO2 -> NH4HSO3 NH 4 OH + SO 2 -> NH 4 HSO 3

NH4HSO3 + NH3 -> (NH4)2SO3 NH 4 HSO 3 + NH 3 -> (NH 4 ) 2 SO 3

(NH4)2SO3 + ½O2 -> (NH4)2SO4 (NH 4) 2 SO 3 + ½O 2 -> (NH 4) 2 SO 4

수산화나트륨(NaOH)이 첨가제로서 이용된다면, 뒤따르는 예시의 반응 사슬에 따라서 황산화물들의 반응이 수행되어 수용성 반응 생성물인 황산나트륨(NaHSO3)이 형성된다.If sodium hydroxide (NaOH) is used as an additive, after the reaction of sulfur dioxide according to the reaction of the chain it is carried out according to an example is formed of a water-soluble reaction product sodium sulfate (NaHSO 3).

SO2 + H2O -> H2HSO3 SO 2 + H 2 O -> H 2 HSO 3

SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2OSO 2 + 2 NaOH -> Na 2 SO 3 + H 2 O

SO2 + Na2SO3 + H2O -> 2NaHSO3 SO 2 + Na 2 SO 3 + H 2 O -> 2NaHSO 3

황산(H2SO4)은 각각의 첨가제에 의존하여 뒤따르는 예시의 반응 사슬에 따라서 반응하하여 수용성 반응 생성물을 형성한다.Sulfuric acid (H 2 SO 4 ) reacts according to the following example reaction chain depending on each additive to form a water-soluble reaction product.

H2SO4 + (NH4)2CO3 -> (NH4)2SO3 + CO2 + H2OH 2 SO 4 + (NH 4 ) 2 CO 3 -> (NH 4 ) 2 SO 3 + CO 2 + H 2 O

H2SO4 + 2KOH -> K2SO4 + 2H2OH 2 SO 4 + 2 KOH -> K 2 SO 4 + 2H 2 O

H2SO4 + K2CO3 -> K2SO4 + CO2 H 2 SO 4 + K 2 CO 3 -> K 2 SO 4 + CO 2

H2SO4 + Na2CO3 -> Na2SO4 + CO2 + H2OH 2 SO 4 + Na 2 CO 3 -> Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O

도 1의 실시예에서는, 제1 배기가스 재순환 냉각기(25)의 상류에서, 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스 내로 각각의 첨가제를 도입시키는 것 또한 가능하다. In the embodiment of Fig. 1, it is also possible to introduce the respective additive into the exhaust gas, which is guided through the exhaust gas recirculation device 23, upstream of the first exhaust gas recirculation cooler 25.

도 2는 첨가제로서 암모니아(NH3)가 암모니아 발생기(32)를 통해 생성되고 제1 배기가스 재순환 냉각기(25)의 상류에서 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스 내로 도입되는, 본 발명의 일 실시예를 도시하며, 여기서 암모니아 발생기(32)는, 요소(34) 내지 수성 요소 용액이 그를 통해 초기에 배기가스 내로 도입되는, 노즐(33)을 포함하고, 나아가 암모니아 발생기(32)는, 가수분해 촉매 컨버터(35) 내에서 배기가스 내로 도입된 요소 내지 수성 요소 용액을 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 변환하기 위한, 가수분해 촉매 컨버터(35)도 포함한다.2 is ammonia as the additive (NH 3) is present which is introduced into the exhaust gas is guided through the exhaust gas recirculation apparatus 23 upstream of the ammonia generator is generated through 32, the first exhaust gas recirculation cooler (25) Wherein the ammonia generator 32 includes a nozzle 33 through which the element 34 or aqueous urea solution is initially introduced into the exhaust gas and further includes an ammonia generator 32, Also includes a hydrolysis catalytic converter 35 for converting the element or aqueous urea solution introduced into the exhaust gas into hydrocarbons, carbon dioxide and ammonia in the hydrolysis catalytic converter 35.

그 다음, 암모니아는, 배기가스의 황산화물들을 결합하고 및/또는 황 함유 산을 중화시키기 위해, 배기가스의 황산화물들 및/또는 황 함유 산과의 반응을 위한 첨가제로서 역할을 하며, 바람직하게 이러한 반응 도중에 수용성 반응 생성물이 생성되고, 이 반응 생성물은 차례로 액적 분리기(29)를 통해 응축수(30)와 함께 배기가스 재순환 장치(23)로부터 배출될 수 있다.The ammonia then serves as an additive for the reaction of the exhaust gases with sulfur oxides and / or sulfur-containing acids, in order to bind the sulfur oxides of the exhaust gas and / or to neutralize the sulfur-containing acids, During the reaction, a water-soluble reaction product is produced, which in turn can be discharged from the exhaust gas recirculation device 23 together with the condensate 30 via the liquid separator 29.

따라서, 본 발명의 의미에서, 중유로 작동되는 내연기관(10)에서 배기가스 재순환을 위한 배기가스 재순환 장치(23)를 이용하도록 하는 것이 본 발명의 관심사이며, 여기서 배기가스의 황산화물들 및/또는 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산은 결합되고 및/또는 중화된다. 이 경우, 첨가제의 도입은, 황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 배기가스의 냉각을 실행하는, 배기가스 재순환 냉각기(26)의 상류에서 일어난다. 이 경우, 이러한 배기가스 재순환 냉각기(26)의 표면들은 각각의 첨가제 및 황산화물들 또는 황 함유 산 사이의 효율적인 반응을 위해 이용될 수 있다. 지금까지 중유로 작동되는 내연기관과 더불어 배기가스 재순환의 이용을 허용하지 않았던 부식 문제들은 본 발명과 더불어 회피될 수 있다. 따라서, 중유로 작동되는 내연기관에서, 내연기관의 어셈블리들에 대한 증가된 부식 위험 없이, 배기가스 재순환을 이용하는 것이 본 발명의 도움으로 가능하다. Therefore, in the sense of the present invention, it is a concern of the present invention to use an exhaust gas recirculation device 23 for exhaust gas recirculation in a heavy oil-operated internal combustion engine 10, wherein the sulfur oxides and / Or the sulfur-bearing acid generated during cooling of the exhaust gas are combined and / or neutralized. In this case, the introduction of the additive takes place upstream of the exhaust gas recirculation cooler 26, which performs cooling of the exhaust gas below the dew point temperature of the sulfur-containing acid. In this case, the surfaces of this exhaust gas recirculation cooler 26 can be used for efficient reaction between each additive and sulfur oxides or sulfur-containing acids. Corrosion problems that so far have not allowed the use of exhaust gas recirculation with internal combustion engines operating with heavy oil can be avoided with the present invention. Thus, in an internal combustion engine operated with heavy oil, it is possible with the aid of the present invention to utilize exhaust gas recirculation without increased corrosion risk for the assemblies of the internal combustion engine.

10: 내연기관 11: 엔진
12: 실린더 13: 과급 공기
14: 배기가스 15: 과급 장치
16: 터보차저 17: 터보차저
18: 터빈 19: 터빈
20: 압축기 21: 압축기
22: 과급 공기 냉각기 23: 배기가스 재순환 장치
24: 배기가스 재순환 밸브 25: 배기가스 재순환 냉각기
26: 배기가스 재순환 냉각기 27: 첨가제
28: 노즐 29: 액적 분리기
30: 응축수 31: 과급 송풍기
32: 암모니아 발생기 33: 노즐
34: 첨가제 35: 가수분해 촉매 컨버터10: internal combustion engine 11: engine
12: Cylinder 13: Charge air
14: exhaust gas 15: supercharging device
16: Turbocharger 17: Turbocharger
18: Turbine 19: Turbine
20: compressor 21: compressor
22: supercharge air cooler 23: exhaust gas recirculation device
24: Exhaust gas recirculation valve 25: Exhaust gas recirculation cooler
26: Exhaust gas recirculation cooler 27: Additive
28: Nozzle 29: Droplet separator
30: Condensate 31: Charge blower
32: ammonia generator 33: nozzle
34: Additive 35: Hydrolysis catalytic converter

Claims (11)

내연기관으로서, 복수의 실린더(12)를 구비한 엔진(11)과, 하나 이상의 터보차저(16, 17)를 구비한 과급 장치(15)를 포함하는 상기 내연기관에 있어서,
상기 실린더들(12)에서 배출되어 상기 과급 장치(15)로 공급될 수 있는 배기가스(14)는, 하나 이상의 배기가스 재순환 냉각기(25, 26)를 포함하는 배기가스 재순환 장치(23)에 의해 상기 과급 장치(15)의 상류에서 분기될 수 있고, 냉각 후에는 압축된 과급 공기(13)와 혼합될 수 있으며, 그리고
하나 이상의 첨가제(27, 34)가 상기 배기가스 재순환 냉각기(26)의 상류에서 상기 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스 내로 도입될 수 있고, 상기 배기가스 재순환 냉각기(26)는 황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 상기 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스를 냉각시키며, 상기 첨가제는, 배기가스의 황산화물들을 결합하거나, 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시키거나, 또는 배기가스의 황산화물들을 결합하며 그리고 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시키고,
상기 각각의 첨가제는, 상기 배기가스 재순환 장치(23)를 통해 안내되는 배기가스의 유동 방향에서 볼 때, 상기 제2 배기가스 재순환 냉각기(26)의 상류에서 그리고 상기 제 1 배기가스 재순환 냉각기(25)의 상류에서 배기가스 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 내연기관.An internal combustion engine comprising: an engine (11) having a plurality of cylinders (12) and a turbocharger (15) having at least one turbocharger (16, 17).
The exhaust gas 14 which is discharged from the cylinders 12 and can be supplied to the supercharger 15 is exhausted by an exhaust gas recirculation device 23 including at least one exhaust gas recirculation cooler 25, Can be branched upstream of the supercharging device (15), can be mixed with the compressed supercharged air (13) after cooling, and
One or more additives 27, 34 may be introduced into the exhaust gas which is guided through the exhaust gas recirculation device 23 upstream of the exhaust gas recirculation cooler 26, the exhaust gas recirculation cooler 26 being sulfur Cooling the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation apparatus 23 below the dew point temperature of the containing acid, the additive combines sulfur oxides of the exhaust gas or neutralizes the sulfur containing acid generated during cooling of the exhaust gas. Or combine sulfur oxides of the exhaust gas and neutralize sulfur-containing acids that occur during cooling of the exhaust gas,
Each of the additives is disposed upstream of the second exhaust gas recirculation cooler (26) and upstream of the first exhaust gas recirculation cooler (25) in the flow direction of the exhaust gas guided through the exhaust gas recirculation device ) Is introduced into the exhaust gas upstream of the internal combustion engine. 제 1항에 있어서,
상기 각각의 첨가제(27, 34)는 수용성 반응 생성물을 형성하도록 황산화물들 및 황 함유 산들 중 적어도 하나와 반응하고, 수용성 반응 생성물은 상기 각각의 배기가스 재순환 냉각기(25, 26)의 하류에 배치되는 액적 분리기(29)를 통해 응축수와 함께 상기 배기가스 재순환 장치(23)로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method of claim 1,
Each of the additives 27, 34 reacts with at least one of sulfur oxides and sulfur containing acids to form a water soluble reaction product, the water soluble reaction product being disposed downstream of each of the exhaust gas recirculation coolers 25, 26. Internal combustion engine, characterized in that can be discharged from the exhaust gas recirculation device (23) with condensate through the droplet separator (29). 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 배기가스 재순환 장치(23)는, 황 함유 산의 이슬점 온도 초과의 온도로 배기가스를 냉각시키는 제1 배기가스 재순환 냉각기(25) 및 황 함유 산의 이슬점 온도 미만의 온도로 배기가스를 냉각시키는 제2 배기가스 재순환 냉각기(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.3. The method according to claim 1 or 2,
The exhaust gas recirculation device (23) comprises a first exhaust gas recirculation cooler (25) for cooling the exhaust gas at a temperature above the dew point temperature of the sulfur-containing acid and a second exhaust gas recirculation cooler And a second exhaust gas recirculation cooler (26). 삭제delete 삭제delete 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
첨가제로서, 암모니아수(NH4OH), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 중탄산암모늄(NH4HCO3), 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 수산화칼륨(KOH), 및 탄산칼륨(K2CO3) 중의 적어도 하나가, 노즐(28)을 경유하여 배기가스 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 내연기관.3. The method according to claim 1 or 2,
As an additive, ammonia water (NH 4 OH), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ), ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium hydroxide (KOH) , And at least one of potassium carbonate (K 2 CO 3 ) is introduced into the exhaust gas via the nozzle (28). 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
암모니아(NH3)가 암모니아 발생기(32)를 통해 요소로부터 생성되고 배기가스 내로 도입되며, 상기 암모니아 발생기(32)는, 배기가스 내로 첨가제(34)로서의 수성 요소 용액을 도입하기 위한 노즐(33) 및, 상기 요소 용액을 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 변환하기 위한 가수분해 촉매 컨버터(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.3. The method according to claim 1 or 2,
Ammonia (NH3) is produced from the element through the ammonia generator 32 and introduced into the exhaust gas. The ammonia generator 32 includes a nozzle 33 for introducing the aqueous urea solution as the additive 34 into the exhaust gas, , And a hydrolysis catalytic converter (35) for converting the urea solution into steam, carbon dioxide and ammonia. 내연기관용 배기가스 재순환 장치에 있어서,
내연기관의 실린더들에서 배출되는 배기가스(14)는 하나 이상의 배기가스 재순환 냉각기(25, 26)에 의해 냉각될 수 있으며, 그리고
황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 배기가스를 냉각시키는 배기가스 재순환 냉각기(26)의 상류에서, 배기가스의 황산화물들을 결합하거나, 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시키거나, 또는 배기가스의 황산화물들을 결합하며 그리고 배기가스의 냉각 도중에 발생하는 황 함유 산을 중화시키는, 하나 이상의 첨가제(27, 34)가 도입될 수 있으며,
상기 배기가스 재순환 장치는 제 1항 또는 제 2항에 따른 구성들에 의해 특징지어지는 것인, 배기가스 재순환 장치.In the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine,
The exhaust gas 14 discharged from the cylinders of the internal combustion engine can be cooled by one or more exhaust gas recirculation coolers 25 and 26,
Upstream of the exhaust gas recirculation cooler 26, which cools the exhaust gas below the dew point temperature of the sulfur containing acid, combines sulfur oxides of the exhaust gas, neutralizes the sulfur containing acid generated during cooling of the exhaust gas, or exhausts. One or more additives 27, 34 may be introduced, which combine the sulfur oxides of the gas and neutralize the sulfur containing acid occurring during cooling of the exhaust gas,
The exhaust gas recirculation apparatus, characterized in that by the configurations according to claim 1. 삭제delete 내연기관에서 배기가스를 재순환하기 위한 방법에 있어서,
내연기관의 실린더들에서 배출되는 배기가스가 하나 이상의 배기가스 재순환 냉각기에 의해 냉각되며, 그리고
황 함유 산의 이슬점 온도 미만으로 배기가스를 냉각시키는 배기가스 재순환 냉각기의 상류에서, 배기가스의 황산화물들을 결합하거나, 배기가스의 냉각 시 발생하는 황 함유 산을 중화시키거나, 또는 배기가스의 황산화물들을 결합하며 그리고 배기가스의 냉각 시 발생하는 황 함유 산을 중화시키는, 하나 이상의 첨가제가 도입되며,
상기 배기가스 재순환 방법은 제 1항 또는 제 2항에 따른 구성들에 의해 특징지어지는 것인, 배기가스 재순환 방법.In a method for recycling exhaust gas in an internal combustion engine,
The exhaust gas discharged from the cylinders of the internal combustion engine is cooled by at least one exhaust gas recirculation cooler, and
Upstream of the exhaust gas recirculation cooler, which cools the exhaust gas below the dew point temperature of the sulfur containing acid, combines the sulfur oxides of the exhaust gas, neutralizes the sulfur containing acid generated during cooling of the exhaust gas, or sulfuric acid of the exhaust gas. One or more additives are introduced, which combine the cargoes and neutralize the sulfur-containing acids generated during cooling of the exhaust gases,
The exhaust gas recirculation method is characterized by the arrangements according to claim 1. 삭제delete
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