An experimental study has been conducted to investigate the effects of a multi air-staged burner on NOx formation and heat transfer in a 15kW large-scale laboratory furnace adopted the reburning process. The reburn fuel as well as burnout air was injected from each nozzle attached at the wall of the cylindrical furnace. Fuel in both main burner and reburn nozzle was LPG (Liquefied Petroleum Gas). The paper reports the influences on NOx reduction of reburn fuel fraction in reburning zone. Temperature distribution inside the overall region as well as total heat flux at the wall of the furnace has been measured to examine the heat transfer characteristics due to the reburning process. For comparison, the reburning effects were examined for a combustor with two types of burner; a regular single staged burner and a multi-air staged burner. A gas analysis was also performed to evaluate an appropriate condition for NOx emission in a primary zone for the excess air ratio of 1.1. As a result, combustion efficiency expected to become more efficient due to the reduction of heat loss in burnout zone decrease when multi air-staged burner in furnace adopted reburning technology was used.
The direct injection(DI) diesel engine has become a prime candidate for future transportation needs because of its high thermal efficiency. However, nitrogen oxides(NOx) increase in the local high temperature regions and particulate matter (PM) increases in the diffusion flame region within diesel combustion. Therefore, the demand for developing a suitable after treatment device has been increased. NOx absorbing catalysts are based on the concept of NOx storage and release making it possible to reduce NOx emission in net oxidizing gas conditions. This De-NOx system, called the LNT(Lean NOx Trap) catalyst, absorbs NOx in lean exhaust gas conditions and release it in rich conditions. This technology can give high NOx conversion efficiency, but the right amount of reducing agent should be supplied into the catalytic converter at the right time. In this research, a performance characteristics of LNT with a hydrogen enriched gas as a reductant was examined and strategies of controlling the injection and rich exhaust gas condition were studied. The NOx reduction efficiency is closely connected to the injection timing and duration of reductant. LNT can reduce NOx efficiently with only 1 % fuel penalty.
Hydrogen is seen as one of the important energy vectors of the next century. Hydrogen as a renewable energy source, provides the potential for a sustainable development particularly in the transportation sector. Hydrogen driven vehicles reduce both local as well as global emissions. The laboratory of transporttechnology (University of Gent) converted a GM/Crusader V-8 engine for hydrogen use. Once the engine is optimised, it will be built in a low-floor midsize hydrogen city bus for public demonstration. For a complete control of the combustion process and to increase the resistance to backfire (explosion of the air-fuel mixture in the inlet manifold), a sequential timed multipoint injection of hydrogen and an electronic management system is chosen. The results as a function of the engine parameters (ignition timing. injection timing and duration, injection pressure) we given. Special focus is given to topics related to the use of hydrogen as a fuel: ignition characteristics (importance of electrode distance), quality of the lubricating oil (crankcase gases with high contents of hydrogen), oxygen sensors (very lean operating conditions), noise reduction (configuration and length of inlet pipes). The advantages and disadvantages of a power regulation only by the air to fuel ratio (as for diesel engines) against a throttle regulation (normal gasoline or gas regulation) are examined. Finally the goals of the development of the engine are reached: power output of 90 kW, torque of 300 Nm, extremely low emission levels and backfire-safe operation.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제4권4호
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pp.403-411
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2012
This study presents the nano-sized particle emission characteristics from a small turbocharged common rail diesel engine applicable to prime and auxiliary machines on marine vessels. The experiments were conducted under dynamic engine operating conditions, such as steady-state, cold start, and transient conditions. The particle number and size distributions were analyzed with a high resolution PM analyzer. The diesel oxidation catalyst (DOC) had an insignificant effect on the reduction in particle number, but particle number emissions were drastically reduced by 3 to 4 orders of magnitude downstream of the diesel particulate filter (DPF) at various steady conditions. Under high speed and load conditions, the particle filtering efficiency was decreased by the partial combustion of trapped particles inside the DPF because of the high exhaust temperature caused by the increased particle number concentration. Retarded fuel injection timing and higher EGR rates led to increased particle number emissions. As the temperature inside the DPF increased from $25^{\circ}C$ to $300^{\circ}C$, the peak particle number level was reduced by 70% compared to cold start conditions. High levels of nucleation mode particle generation were found in the deceleration phases during the transient tests.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권9호
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pp.1045-1050
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2014
아산화질소($N_2O$, Nitrous Oxide)는 이산화탄소($CO_2$, Carbon Oxide), 메탄($CH_4$, Metane)이어 세 번째로 지구온난화에 기여하는 물질로 알려져 있다. $N_2O$의 지구온난화 계수는 대기 중에서 안정하고, 성층권에서 광분해 된 후 이차적인 오염의 원인이 되기 때문에 $CO_2$의 310배에 이른다. $N_2O$의 생성에 대한 조사는 보일러와 같은 연속적인 연소를 갖는 동력원에 대하여 몇몇의 연구자들에 의한 보고가 있었다. 하지만, 디젤엔진에 있어서 연료의 성분이 $N_2O$ 배출에 미치는 영향에 대한 조사는 실시되어지지 않은 상태이다. 그러므로 본 연구에서는 디젤엔진에서 연료 중에 질소와 황 농도에 의해 변화되는 $N_2O$ 배출율에 대하여 조사하였다. 실험에 사용한 엔진은 12kW/2400rpm의 4행정 직접분사식 디젤엔진이고, 실험엔진의 운전조건은 75% 부하에서 이루어졌다. 연료 중의 질소와 황 농도는 Pyridine, Indole, Quinoline, Pyrrol, Propionitrile, Di-tert-butyl-disulfide의 6 종류 첨가제를 사용하여 증가시켰다. 결과에 의하면, 질소성분 0.3% 이하를 갖는 디젤연료는 첨가제의 종류와 농도와 관계없이 $N_2O$ 배출률에 영향을 미치지 않았다. 하지만, 연료 중 황 첨가제의 증가는 배기가스 중의 $N_2O$ 농도를 증가시켰다.
Five sampling sites were selected to investigate the distribution characteristics of air pollutants with pollution sources and weather conditions in Ulsan. $SO_2,\;NO_2,\;O_3,\;CO,\;PM_{10}$ concentrations and weather conditions with time were analyzed by using several statistical methods. Also, the distribution characteristics of ambient air quality were estimated by pollution-rose and multi-regression analysis. As a result of the analysis, $NO_2,\;CO\;and\;PM_{10}$ concentrations were high in winter season, whereas $SO_2\;and\;O_3$ concentrations were high in summer season. This concentration distribution was caused by the unfavorable geographical location, which the residential area was located at the downwind direction to industrial area. From the pollution-rose, we confirmed that each pollutant influenced the downwind residential areas because of seasonal wind direction. $SO_2$ concentration has shown positive correlation of $0.2{\simm}0.3$ for $NO_2,\;PM_{10}$ and temperature, while $O_3$ concentration has shown negative correlation. Also, $NO_2$ and CO concentrations, pollutants generated by combustion, have shown positive correlation, while $O_3$ concentration and temperature have shown negative correlation. Therefore, it could be suggested that a seasonal air quality policy and a new guideline of air quality was necessary in each season with wind directions to reduce the air pollution level in Ulsan.
CNG buses has contributed to improve air quality in cities. But it is difficult to meet the next emission regulations such as EURO-VI without the help of additional post-processing device. Hydorgen has higher flame speed and lower combustion temperature that make it thermal efficiency increase with leaner operation. Using hydrogen natural gas blend (HCNG) fuel is promising technology which can reduce $NO_x$ and $CO_2$ emissions for a natural gas vehicle. However, fuel flow rate of HCNG should be increased since hydrogen's energy density per volume is much smaller than natural gas. In the present study, the characteristics of fuel supply system and its applicability were evaluated in a heavy duty natural gas engine. The results showed that the potential of fuel pressure regulator and fuel metering valve had enough capacity with HCNG. Employed mixer did not affect the distribution characteristics of mixture.
디젤엔진의 배출물 개선을 위해 탄소수가 낮은 천연가스를 혼합하여 사용하는 천연가스-디젤 혼소 연소가 각광받고 있다. 특히 자발화 특성에 차이가 있는 디젤과 천연가스의 특성을 이용한 반응성 제어 압축착화(reactivity controlled compression ignition, RCCI) 연소 전략을 통해 기존 디젤엔진의 효율과 배출가스를 동시에 개선시키는 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 상사점보다 앞당겨진 디젤 직접 분사시기 적용을 통해 실린더 전체 영역의 균일 혼합기를 형성하여 전체적으로 희박한 자발화 기반 연소를 달성함으로써 질소산화물 (NOx) 및 입자상물질 (PM) 저감과 제동열효율 개선을 동시에 달성할 수 있다. 하지만 매우 희박한 저부하 영역에서 불완전 연소량이 증가하는 단점이 존재하며, 안정적인 연소 구현을 위해 디젤 분사시기가 민감하게 제어되어야 하는 어려움도 존재한다. 본 연구에서는 앞서 언급된 저부하 영역에서의 천연가스-디젤 혼소 엔진의 효율 및 배기 개선을 확인하고, 동시에 발전용 엔진 구동 영역에서 디젤 분사시기에 따른 연소안정성을 평가하였다. 실험에는 6 L급 상용디젤 엔진이 사용되었으며, 1,800 rpm, 50% 부하 영역 (~50 kW)에서 실험이 진행되었다. 제동효율 및 연소안정성을 개선하기 위한 전략으로 분무 패턴이 다른 2개의 인젝터를 적용하였으며, 천연가스/디젤 비율과 디젤 분사시기를 바꿔가면서 실험이 진행되었다. 실험 결과, 협각 분사가 추가된 수정 인젝터에서 제동 열효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 연소안정성 및 출력, 그리고 강화된 배기 규제를 고려하였을 때 수정 인젝터의 분무 패턴이 예혼합연소 형성에 적합하였고 이를 통해 질소산화물 배출량을 Tier-V 기준치인 0.4 g/kWh 이하로 저감함으로써 RCCI 연소 가능 영역을 확장할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
최근 들어 늘어나고 있는 도시형 화재 사고와 건축 외장재에 따른 화재 피해 사례의 증가에 따라 난연처리기술의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 목재를 기반으로 한 건축재료의 활용에 있어서 난연처리기술은 더욱 중요하게 평가되고 있다. Intumescent 시스템은 비할로겐계 난연처리기술의 하나로, 발포와 탄화층 형성을 통하여 난연성을 구현하는 시스템이다. 본 연구에서는 Intumescent 시스템을 적용하기 위해 Ethylene vinyl acetate (EVA)를 매트릭스로 채용하여 복합재료를 제조하였다. Intumescent 시스템의 난연특성을 강화하기 위해 나노클레이를 함께 적용하였다. Intumescent 시스템과 나노클레이 기술을 함께 적용한 복합재료를 시트상의 시험편으로 가공한 후, 이를 활용하여 표면의 난연특성이 강화된 새로운 구조의 교호집성재를 제작하였다. Intumescent 시스템을 적용한 복합재료의 연소특성 평가에서 최대 열방출량이 효과적으로 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 표면에 부착된 구조에 따라 CLT는 두 단계에 걸친 연소 현상이 발생했다. 또한, 심부 연소 과정에서 최대 열방출률이 크게 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 이러한 특성은 목재의 연소과정에 있어 연소 확산지연효과가 있을 것으로 판단된다. 표면단판에 대한 난연처리기술 및 복합재료 적용 최적화 기술을 통해 보다 화재특성이 개선된 CLT 구조체 개발이 가능할 것으로 기대된다.
고압 인젝터의 성능은 디젤 연소엔진의 동력, 배출물, 연료소모와 직접적인 관계가 있다. 본 논문에서는 솔레노이드 코일과 피에조 세라믹으로 구동되는 커먼레일 디젤 분사용 인젝터의 응답 특성을 AMESim 코드를 사용하여 상대 비교 연구를 수행하였다. 따라서 연료압력, 분공경을 주요 해석변수로 설정하였다. 본 연구를 수행한 결과, 솔레노이드 구동 인젝터에 비해 피에조 구동 인젝터가 상대적으로 더 빠른 응답성과 더 높은 제어성을 가짐을 알 수 있었으며, 특히 다단분사 적용시, 이런 결과가 매우 효과적임을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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