KR20100000543A - 엔진의 개질가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진에서 발생하는 배기가스 중 유해물질을 저감시키기 위하여 개질기에서 생성된 개질가스를 안정적으로 엔진에 공급하도록 하는 엔진의 개질가스 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개질기에서 생성된 개질가스를 저장하는 개질가스용 저장탱크를 설치하여 상기 개질가스용 저장탱크에 저장되어 있는 개질가스를 엔진에 안정적으로 공급하도록 이루어진 엔진의 개질가스 공급시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 엔진의 개질가스 공급시스템은, 엔진의 개질가스 공급시스템에 있어서, 수소를 포함하는 개질가스를 발생시키는 개질기와; 상기 개질기에서 형성된 개질가스를 저장하는 압력센서가 설치된 개질가스용 저장탱크와; 상기 개질기에서 형성된 개질가스를 개질가스용 저장탱크에 공급하는 펌프를 포함하도록 구성되고, 상기 개질기와 펌프는 ECU에 제어되며, 상기 개질가스용 저장탱크에 저장된 개질가스는 엔진에 인젝터을 통하여 분사공급되도록 이루어진다.
상기 ECU는 개질가스용 저장탱크에 설치된 압력센서로부터 신호를 받아 플라즈마 개질기와 펌프를 제어하되, 상기 개질기와 펌프는 구동과 정지가 동일하게 이루어지도록 제어한다.
상기 개질기와 개질가스용 저장탱크 사이에는 개질기에서 형성된 개질가스를 이동시킬 수 있도록 이동관이 설치되어 서로 연결되되, 상기 이동관에는 개질가스를 냉각시키는 열교환기와, 개질가스용 저장탱크에 개질가스가 압축상태로 저장될 수 있도록 펌프가 설치된다.
개질기, 엔진, 수소

Description

엔진의 개질가스 공급시스템{TREATMENT GAS SUPPLY SYSTEM OF ENGINE}
본 발명은 엔진에서 발생하는 배기가스 중 유해물질을 저감시키기 위하여 개질기에서 생성된 개질가스를 안정적으로 엔진에 공급하도록 하는 엔진의 개질가스 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개질기에서 생성된 개질가스를 저장하는 개질가스용 저장탱크를 설치하여 상기 개질가스용 저장탱크에 저장되어 있는 개질가스를 엔진에 안정적으로 공급하도록 이루어진 엔진의 개질가스 공급시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 성능과 엔진의 연소시 발생되어 배출되는 배기가스 중 유해물질을 저감시키고자 탄화수소계 연료 개질기를 설치하여 엔진에 연소시기에 맞춰 개질기로부터 형성된 개질가스를 공급한다.
이러한 종래에 사용되고 있는 탄화수소계 연료 개질기로는 LNT 촉매공정 중 rich mode에서 귀금속 촉매로부터 수소를 발생시키는 개질기와, 촉매 reformer를 이용하는 개질기와, 플라즈마의 고온 반응을 이용하는 플라즈마 개질기가 있다.
상기 LNT 촉매공정 중 rich mode에서 귀금속 촉매로부터 수소를 발생시키는 개질기와, 촉매 reformer를 이용하는 개질기는 배기가스 중의 탄화수소 농도 및 성분, 온도 및 유량에 의해 수소발생량이 결정되기 때문에 탈질촉매가 수동적(passive)으로 운영되는 단점이 있다.
상기 플라즈마 개질기는 탈질공정에 필요한 만큼의 수소를 엔진운전 조건과는 무관하게 충분히 공급시켜주기 때문에 가장 이상적인 탈질공정을 운영할 수 있다.
이러한 플라즈마 개질기는 장치가 복잡하여 소형화가 어렵고, 가격이 상승하는 단점이 있으나, 많은 연구를 통해 현재에는 차량 적용할 수 있도록 소형화가 가능하며, 양산기술이 적용될 경우 가격도 저렴해질 수 있다.
현재 개발되어 있는 소형의 플라즈마 개질기는 상온, 상압 조건에서 최대 25.6(% vol)의 수소를 발생할 수 있으나, 개질기의 내부의 압력이 증가하게 되면 그 효율이 급격히 떨어지는 단점이 있다.
또한, 플라즈마 개질기는 연속적으로 개질가스를 발생시키나, 엔진은 개질가스를 연속적으로 공급하는 것이 아니라 인젝터를 통하여 연소시기에 맞추어 순간적으로 공급되어야 한다. 이러한 차이점에 의하여 플라즈마 개질기에 생성된 개질가스는 엔진과 연결되는 관에 압축상태로 존재하게 되고, 심한 경우에는 플라즈마 개질기의 내부압력을 상승시키는 요인이 되어 플라즈마 개질기의 효율을 저하시키는 단점이 있다.
플라즈마 개질기의 내부압력 상승을 방지하기 위하여 개질가스의 발생을 적 게 할 경우 엔진에 공급되는 개질가스가 적정량이 공급되지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 개질기에서 생성된 개질가스를 개질가스용 저장탱크를 구비시켜 상기 개질가스용 저장탱크에 개질가스를 저장하였다가 엔진의 연소시기에 맞춰 공급될 수 있도록 함으로써 개질기의 내부압력 상승을 방지하여 효율이 저하되는 것을 방지하는 데 목적이 있다.
또한, 개질기가 연속적으로 구동되는 것이 아니라 구동과 정지를 나누어져 운용되도록 함으로써 개질기의 수명을 연장시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자 본 발명인 엔진의 개질가스 공급시스템은, 엔진의 개질가스 공급시스템에 있어서, 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시키는 개질기와; 상기 개질기에서 형성된 개질가스를 저장하는 압력센서가 설치된 개질가스용 저장탱크와; 상기 개질기에서 형성된 개질가스를 개질가스용 저장탱크에 공급하는 펌프를 포함하도록 구성되고, 상기 개질기와 펌프는 ECU에 제어되며, 상기 개질가스용 저장탱크에 저장된 개질가스는 엔진에 인젝터을 통하여 분사공급되도록 이루어진다.
상기 ECU는 개질가스용 저장탱크에 설치된 압력센서로부터 신호를 받아 플라즈마 개질기와 펌프를 제어하되, 상기 개질기와 펌프는 구동과 정지가 동일하게 이 루어지도록 제어한다.
즉, 개질기가 구동할 경우 펌프도 동일하게 구동하여 개질기에서 형성된 개질가스를 개질가스용 저장탱크에 저장하도록 하고, 개질기가 정지한 경우에는 펌프도 정지시켜 펌프가 과열되는 것을 방지한다.
상기 개질기와 개질가스용 저장탱크 사이에는 개질기에서 생성된 개질가스를 이동시킬 수 있도록 이동관이 설치되어 서로 연결되되, 상기 이동관에는 개질가스를 냉각시키는 열교환기와, 개질가스용 저장탱크에 개질가스가 압축상태로 저장될 수 있도록 펌프가 설치된다.
상기 열교환기에서 개질가스를 냉각시키는 열매체는 냉각수 또는 개질기에 공급되는 공기가 사용된다.
상기와 같이 열교환기에서 플라즈마 개질기에 공급되는 공기가 예열됨으로서 개질기의 열효율 상승을 기대할 수 있다.
또는, 개질기에 엔진에서 연소된 배기가스의 일부를 공급하는 것도 가능하다.
상기 개질기는 보통 플라즈마 개질기가 사용된다.
상기 개질가스용 저장탱크에는 압력을 조절할 수 있도록 압력 조절용 밸브를 설치함으로써 안전성을 추구할 수 있으며, 상기 압력 조절용 밸브는 보통 릴리프 밸브가 사용된다.
또한, 상기 이동관에 설치되어 있는 열교환기와 펌프 사이에 제습장치가 더 설치될 수도 있다.
상기와 같이 이루어진 엔진의 개질가스 공급시스템은 개질기에서 생성된 개질가스를 저장하는 개질가스용 저장탱크가 설치됨으로써, 엔진의 분사시기에 맞춰 적당량을 분사공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 개질기에서 생성된 개질가스를 이동시키는 펌프와, 펌프로부터 공급되는 개질가스를 저장하는 개질가스용 저장탱크가 설치되고, 상기 개질기와 펌프가 같이 구동과 정지되도록 ECU에 의하여 제어됨으로써 개질기의 내부압력이 상승되는 것을 방지하여 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 개질기가 연속적으로 구동되는 것이 아니라 구동과 정지를 나누어져 운용되도록 함으로써 개질기의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1과 같이 본 발명의 엔진의 개질가스 공급시스템은 다양한 개질기를 사용할 수 있으나 플라즈마 개질기를 일실시예로 나타낸 것으로, 연료탱크(4)로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진(1)과, 상기 엔진(1)에 개질가스를 공급할 수 있도록 연료탱크(4)로부터 연료를 공급받아 개질가스를 생성하는 플라즈마 개질기(2)와, 상기 플라즈마 개질기(2)로부터 생성된 개질가스를 저장하는 개질가스용 저장탱크(3)와, 엔진(1)을 제어하는 ECU(5)와, 상기 플라즈마 개질기(2)와 개질가스용 저장탱크(3) 사이에 설치되어 플라즈마 개질기(2)로부터 생성된 개스가스를 이동시키는 이동관(9)에는 개질가스를 이동시키는 펌프(6)와, 개질가스을 냉각시키는 열교환기(7)와, 제습장치(Dehumidifier, 8)가 설치되고, 상기 개질가스용 저장탱크(3)에 저장된 개질가스는 인젝터(10)을 통하여 엔진(1)에 분사공급되도록 이루어진다.
상기 엔진(1)은 연료탱크(4)로부터 연료를 공급받을 수 있도록 엔진용 연료공급관(21)으로 연결되어 연료를 공급받아 연소를 시켜 동력을 획득한다.
상기 연료탱크(4)에 저장되는 연료는 가솔린, 디젤, 천연가스 등이 사용된다.
상기 엔진(1)에서 연소되어 배출되는 배기가스는 배기관(23)을 통하여 배출되되, 배기가스 공급관(24)을 통하여 일부를 플라즈마 개질기(2)에 공급할 수 있 다. 일반적으로 플라즈마 개질기(2)는 높은 온도의 작동조건을 요구하기 때문에 엔진(1)에서 배출되는 고온의 배기가스를 플라즈마 개질기(2)에 공급함으로써 개질기 자체의 열효율을 상승시킬 수 있다.
상기 플라즈마 개질기(2)는 연료탱크로부터 연료를 공급받아 개질가스를 생성하는 통상적인 것으로, 상압이하의 고온(500~700℃), 저압상태의 개질가스를 만들어낸다. 상기 개질가스는 보통 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 다량 함유한다.
상기 플라즈마 개질기(2)에서 생성된 개질가스는 펌프(6)에 의하여 이동관(9)으로 개질가스용 저장탱크(3)에 저장된다.
상기 개질가스용 저장탱크(3)는 7~10bar 상태로 저장된다. 상기 압력이 10bar 이상일 경우에는 누설방지 등의 요인에 의하여 가격이 상승되는 단점이 있다.
상기 개질가스용 저장탱크(3)에는 압력센서(11)와 압력조절용 밸브(12)가 설치된다.
상기 압력센서(11)는 ECU(5)와 전기적으로 연결되어 ECU(5)가 플라즈마 개질기(2)와 펌프(6)를 제어하도록 한다.
즉, 개질가스가 다량 소모되어 개질가스용 저장탱크(3)의 압력이 떨어진 경우에는 ECU(5)가 플라즈마 개질기(2)와 펌프(6)를 구동시켜 개질가스용 저장탱크(3) 내에 개질가스를 충진시키고, 개질가스용 저장탱크(3) 내의 압력이 일정 압력에 도달하면, ECU(5)가 플라즈마 개질기(2)와 펌프(6)의 구동을 정지시켜 개질가 스의 생성 및 공급을 중단시킨다.
상기 압력조절용 밸브(12)는 보통 릴리프 밸브를 사용하며, 개질가스용 저장탱크(3)에 이상 현상에 의하여 압력이 상승하는 것을 방지한다.
상기 개질가스용 저장탱크(3)에 저장되어 있는 개질가스는 엔진(1)에 설치되어 있는 인젝터(10)를 통하여 엔진(1)에 연소시기에 맞추어 분사공급되며, 엔진(1)에 공급되는 개질가스 양은 인젝터(10) 또는 밸브(13)에 의하여 조절된다.
상기 열교환기(7)는 개질가스를 냉각시키는 것으로, 냉각용 열매체는 도 1과 같이 플라즈마 개질기(2)에 사용되는 공기를 이용하여 플라즈마 개질기(2)에 공급되는 공기를 예열하여 공급함으로써 개질기 자체의 열효율을 상승시킬 수 있다.
또는 도 2와 같이 개질가스를 냉각시키는 냉각용 열매체는 냉각수를 사용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 엔진의 플라즈마 개질가스 공급시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예를 나타낸 엔진의 플라즈마 개질가스 공급시스템의 개략도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 엔진 2 : 플라즈마 개질기
3 : 개질가스용 저장탱크 4 : 연료탱크
5 : ECU 6 : 펌프
7 : 열교환기 8 : 제습장치
9 : 이동관 10 : 인젝터
11 : 압력센서 12 : 압력조절용 밸브

Claims (9)

  1. 엔진의 개질가스 공급시스템에 있어서,
    수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시키는 개질기와;
    상기 개질기에서 형성된 개질가스를 저장하는 압력센서가 설치된 개질가스용 저장탱크와;
    상기 개질기에서 형성된 개질가스를 개질가스용 저장탱크에 공급하는 펌프를 포함하도록 구성되고,
    상기 개질기와 펌프는 ECU(5)에 제어되고,
    상기 개질가스용 저장탱크에 저장된 개질가스는 엔진에 인젝터을 통하여 분사공급됨을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 ECU는 개질가스용 저장탱크에 설치된 압력센서로부터 신호를 받아 개질기와 펌프를 제어하되, 상기 개질기와 펌프는 구동과 정지가 동일하게 이루어짐을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 개질기와 개질가스용 저장탱크 사이에는 개질기에서 형성된 개질가스를 이동시킬 수 있도록 이동관이 설치되어 서로 연결되되, 상기 이동관에는 개질가스를 냉각시키는 열교환기와, 개질가스용 저장탱크에 개질가스가 압축상태로 저장될 수 있도록 펌프가 설치됨을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열교환기에서 개질가스를 냉각시키는 열매체는 냉각수임을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 열교환기에서 개질가스를 냉각시키는 열매체는 개질기에 공급되는 공기임을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 개질기에는 엔진에서 연소된 배기가스의 일부가 유입됨을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 개질가스용 저장탱크에는 압력을 조절할 수 있도록 압력 조절용 밸브가 설치됨을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 압력 조절용 밸브는 릴리프 밸브가 사용됨을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 이동관에는 열교환기와 펌프 사이에 제습장치가 더 설치됨을 특징으로 하는 엔진의 개질가스 공급시스템.
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