가스 엔진

Gas engine
이 기사는 가스 연료를 사용하는 엔진에 대한 것입니다.가솔린 엔진은 가솔린 엔진을 참조하십시오.기타 용도는 내연기관을 참조하십시오.
발전용 가스 엔진
S형 하탑 가스 엔진 모델

가스 엔진은 석탄 가스, 생산 가스, 바이오 가스, 매립 가스 또는 천연 가스와 같은 가스 연료로 작동하는 내연 기관입니다.영국에서는 이 용어가 모호하지 않다.미국에서는 가솔린(가솔린)의 약자로 "가스"가 널리 사용되기 때문에 이러한 엔진은 가스 연료 엔진 또는 천연 가스 엔진 또는 점화 스파크로도 불릴 수 있습니다.

일반적으로 현대에서 가스 엔진이라는 용어는 연간 8,760시간의 높은 비율에 근접하는 기간 동안 최대 부하로 연속적으로 작동할 수 있는 중형 산업용 엔진을 의미합니다. 가솔린 자동차 엔진은 가볍고 고회전하며 일반적으로 수명 동안 4,000시간 이하로 작동합니다.표준 전력 범위는 10kW(13hp)~4MW(5364hp)[1]입니다.

역사

레누아르 가스 엔진 1860.
오토 랑겐 가스 엔진 1867년식.
앤슨 엔진 박물관에서 3 bhp의 가스가 크로스리 대기 엔진을 점화했습니다.

레누아르

19세기에 가스 엔진에 대한 많은 실험이 있었지만, 최초의 실용적인 가스 연료 내연 기관은 1860년 [2]벨기에의 기술자 에티엔 레누아르에 의해 만들어졌습니다.그러나 레누아르 엔진은 낮은 출력과 높은 연료 소비로 어려움을 겪었다.

오토랑겐

레누아르의 작업은 나중에 피스톤 챔버에서 연료를 효율적으로 태울 수 있는 최초의 4행정 엔진을 발명하게 된 독일 엔지니어 니콜라우스 아우구스트 오토에 의해 더욱 연구되고 개선되었다.1864년 8월, 오토는 기술 훈련을 받은 유진 랑겐을 만났는데, 그는 오토의 발전 가능성을 엿보았고, 회의 한 달 후에 쾰른에 세계 최초의 엔진 공장 NA Otto & Cie를 설립했다.1867년 오토는 그의 개량된 디자인을 특허 받았고 그것은 1867년 파리 세계 박람회에서 대상을 받았다.이 대기 엔진은 가스와 공기의 혼합물을 수직 실린더로 끌어당김으로써 작동했다.피스톤이 약 8인치 상승하면 가스와 공기 혼합물이 외부에서 타오르는 작은 파일럿 화염에 의해 점화되어 피스톤(톱니형 랙에 연결됨)이 위쪽으로 밀어 올려져 그 아래에 부분 진공이 생성됩니다.상승 스트로크에서는 작업이 이루어지지 않습니다.피스톤과 톱니형 랙이 기압과 자체 무게의 영향을 받아 하강하면서 메인 샤프트와 플라이휠이 떨어지면 작업이 완료됩니다.기존 증기 엔진에 비해 기동과 정지가 가능한 것이 장점이어서 바지선 하역이나 하역 [3]등 간헐적 작업에 이상적이었다.

4행정 엔진

대기 가스 엔진은 오토의 4행정 엔진으로 교체되었다.4행정 엔진으로의 전환은 1877년에 만들어진 마지막 대기 엔진과 함께 매우 빨랐다.액체 연료 엔진은 곧 디젤(약 1898년) 또는 가솔린(약 1900년)을 사용했다.

크로스리

영국에서 가장 잘 알려진 가스 엔진 제작자는 맨체스터의 크로슬리였는데, 그는 1869년에 영국과 오토와 랭든의 새로운 가스 연료 엔진 특허에 대한 세계 판권을 취득했습니다.1876년에 그들은 보다 효율적인 오토 4행정 사이클 엔진에 대한 권리를 취득했다.

탕예

맨체스터 지역에 기반을 둔 몇몇 다른 회사들도 있었다.버밍엄 인근 스메스윅의 탕예는 1881년에 첫 번째 가스 엔진인 1 공칭 마력의 2사이클 타입을 판매했고, 1890년에 4사이클 가스 [4]엔진의 제조를 시작했습니다.

보존

영국 스톡포트 근처 파인턴에 있는 앤슨 엔진 박물관에는 지금까지 만들어진 것 중 가장 큰 작동식 크로스리 대기 엔진을 포함한 여러 개의 작동식 가스 엔진이 포함된 엔진 컬렉션이 있습니다.

현재 제조원

가스 엔진 제조업체로는 현대중공업, 롤스로이스(Bergen-Engines AS 포함), 가와사키중공업, 리버르, MTU 프리드리히샤펜, GE 젠바허, 캐터필러, 퍼킨스 엔진, MWM, 커민스, 베를타우샤, GE에너지 등이 있다.출력 범위는 약 10kW(13hp) 마이크로 복합 열전원(CHP)에서 18MW(24,000hp)[5]입니다.일반적으로, 현대의 고속 가스 엔진은 상황에 따라 최대 50 MW(67,000 hp)의 가스터빈과 매우 경쟁적이며, 가장 좋은 것은 가스터빈보다 훨씬 연료 효율이 높습니다.Bergen 엔진, 캐터필러 및 기타 많은 제조업체가 장착된 롤스로이스는 디젤 엔진 블록과 크랭크축을 기반으로 합니다.GE 젠바허와 와케샤는 엔진이 가스 전용으로 설계되고 있는 유일한 회사이다.

일반적인 응용 프로그램

문방구

일반적인 적용 분야는 열과 전력(일반적인 성능 수치는[6] 참조), 매립 가스, 광산 가스, 웰헤드 가스 및 바이오 가스 등 기본 부하 또는 고시간 발전 체계입니다. 이 경우 엔진의 폐열은 굴착기를 따뜻하게 하는 데 사용될 수 있습니다.일반적인 바이오가스 엔진 설치 매개 변수는 [7]를 참조하십시오.공장에서 장착되는 대형 가스 엔진 CHP 시스템의 매개변수는 [8]를 참조하십시오.가스 엔진은 대부분 디젤 엔진의 영역인 대기 애플리케이션에 거의 사용되지 않습니다.이에 대한 한 가지 예외는 농장, 박물관, 소규모 기업 및 주택에 설치되는 소형(150kW 미만) 비상 발전기다.공공사업자의 천연가스 또는 현장 저장탱크의 프로판 중 하나에 연결된 이러한 발전기는 정전 시 자동으로 시동되도록 배치될 수 있다.

운송

린 연소 가스 엔진은 별도의 연료 처리나 배기 정화 시스템 없이도 새로운 배기 가스 배출 요구 사항을 충족할 수 있기 때문에 액화 천연 가스 엔진이 해양 시장으로 확대되고 있다.버스 부문에서도 압축천연가스(CNG) 엔진 사용이 증가하고 있다.영국의 사용자에게는 Reading Bus가 포함됩니다.가스 버스의 사용은 가스 버스[9] 동맹에 의해 지원되며 제조업체는 Scania [10]AB를 포함합니다.

메탄 또는 프로판 가스 사용

천연가스, 주로 메탄가스는 오랫동안 깨끗하고 경제적이며 쉽게 구할 수 있는 연료였기 때문에, 많은 산업용 엔진은 가솔린과 구별되도록 가스를 사용하도록 설계되거나 수정됩니다.복잡한 탄화수소 오염이 적고 엔진 내부 문제도 적습니다.한 예로 액화석유가스, 주로 프로판이 있다.엄청난 수의 지게차에 사용되는 엔진미국에서 일반적으로 "가스"를 "가솔린"을 의미하는 "가스"를 사용하려면 천연가스 엔진의 명시적 식별이 필요하다.천연휘발유라는 [11]것도 있지만 천연가스 액체의 서브셋을 가리키는 이 용어는 정유업계 밖에서는 거의 볼 수 없다.

기술적 세부사항

연료-공기 혼합

가스 엔진은 연료와 공기가 혼합되는 방식에서 가솔린 엔진과 다릅니다.가솔린 엔진은 카뷰레터 또는 연료 분사를 사용합니다.하지만 가스 엔진은 종종 간단한 벤추리 시스템을 사용하여 가스를 공기 흐름으로 유도한다.초기 가스 엔진은 공기와 가스를 위한 별도의 흡기 밸브가 있는 3밸브 시스템을 사용했습니다.

배기 밸브

디젤 엔진에 비해 가스 엔진의 약점은 배기 밸브입니다. 가스 엔진의 배기 가스는 특정 출력에 비해 훨씬 뜨겁고, 이로 인해 출력이 제한되기 때문입니다.따라서 특정 제조업체의 디젤 엔진은 일반적으로 가스 엔진 버전에서 동일한 엔진 블록 크기보다 더 높은 최대 출력을 가집니다.디젤 엔진은 일반적으로 스탠바이, 프라임 및 연속의 3가지 등급이 있습니다.영국에서는 1시간 정격, 12시간 정격 및 연속 정격입니다.반면 가스 엔진은 일반적으로 디젤 연속 등급보다 낮은 연속 등급만을 가집니다.

점화

핫 튜브 점화 스위치와 스파크 점화 시스템을 포함하여 다양한 점화 시스템이 사용되었습니다.대부분의 현대식 가스 엔진은 기본적으로 이중 연료 엔진입니다.주요 에너지원은 가스-공기 혼합물이지만 소량의 디젤 연료를 주입하면 점화됩니다.

에너지 밸런스

열효율

천연가스로 작동하는 가스 엔진은 일반적으로 열효율이 35~45%(LHV 기준)[12]입니다. 2018년 기준 최고의 엔진은 최대 50%(LHV 기준)[13]까지 열효율을 달성할 수 있습니다.이러한 가스 엔진은 보통 중속 엔진인 버겐 엔진 연료 에너지는 출력축에서 발생하고 나머지는 [8]폐열로 나타납니다.대형 엔진이 소형 엔진보다 효율적입니다.바이오가스에서 작동하는 가스 엔진은 일반적으로 효율이 약간 낮으며(~1-2%) singas는 효율을 더욱 낮춥니다.GE 젠바허의 최근 J624 엔진은 세계 최초의 고효율 메탄 연료 24기통 가스 [14]엔진이다.

엔진 효율을 고려할 때 이것이 가스의 낮은 가열값(LHV) 또는 높은 가열값(HHV)에 기초하는지 고려해야 합니다.엔진 제조업체는 일반적으로 가스의 낮은 발열량(즉, 가스 자체의 고유 수분을 증발시키는 데 에너지가 사용된 후 효율)을 기준으로 효율성을 인용합니다.가스 분배 네트워크는 일반적으로 가스의 높은 발열량(즉, 총 에너지 함량)에 기초하여 충전됩니다.LHV를 기준으로 한 엔진 효율은 44%인 반면, 동일한 엔진은 천연 가스의 HHV를 기준으로 39.6%의 효율성을 가질 수 있습니다.또, 효율의 비교가 같은 기준으로 행해지는 것도 중요합니다.예를 들어 일부 제조업체는 기계 구동식 펌프를 사용하는 반면, 다른 제조업체는 엔진 냉각수를 구동하기 위해 전기 구동식 펌프를 사용하는데, 전기 사용을 무시할 수 있어 직접 구동 엔진에 비해 겉으로 보이는 효율성이 잘못될 수 있습니다.

열과 전력의 조합

주요 기사:열병합발전

엔진 제거 열은 난방 또는 프로세스 난방에 사용할 수 있습니다.엔진에서 약 절반의 폐열이 (엔진 재킷, 오일 쿨러 및 애프터 쿨러 회로에서) 온수로 발생하며, 온수는 최대 110°C에 이를 수 있습니다.나머지는 배기 가스 열 교환기를 사용하여 가압된 온수 또는 증기를 발생시킬 수 있는 고온 열로 발생합니다.

엔진 냉각

가장 일반적인 두 가지 엔진 유형은 공랭식 엔진 또는 수냉식 엔진입니다.요즘 냉각되는 물은 내연기관에서 부동액을 사용합니다.

일부 엔진(공기 또는 물)에는 오일 쿨러가 추가되어 있습니다.

과열은 일반적으로 마모, 균열 또는 뒤틀림 등의 엔진 고장을 일으킬 수 있으므로 과도한 열을 제거하기 위해 냉각이 필요합니다.

가스 소비 공식

이 공식은 최대 부하에서 표준 조건에서의 가스 엔진의 가스 흐름 요구 사항을 보여줍니다.

여기서:

  • Q는 정상 조건에서의 가스 흐름입니다.
  • {\은(는) 엔진 출력입니다.
  • {\eta은(는) 기계 효율입니다.
  • LHV는 가스의 낮은 가열 값입니다.

유서 깊은 가스 엔진 갤러리

  • 과거의 가스 엔진
  • 1905 National company's ordinary gas engine of 36 hp

    1905년 36마력의 내셔널 컴퍼니 보통 가스 엔진

  • 1903 Körting gas engine

    1903년 쾨르팅 가스 엔진

  • Backus upright gas engine

    백투스 직립식 가스 엔진

  • Otto horizontal gas engine

    오토 수평 가스 엔진

  • Otto vertical gas engine

    오토 수직 가스 엔진

  • Westinghouse gas engine

    웨스팅하우스 가스 엔진

  • Crossley gas engine and dynamo

    크로스리 가스 엔진 및 발전기

  • Premier twin gas engine electric generating plant

    프리미어 트윈 가스 엔진 발전 플랜트

  • 125 hp gas engine and dynamo

    125 마력의 가스 엔진과 발전기

  • Crossley Brothers Ltd., 1886 No. 1 Engine, 4.5 hp single cylinder, 4-stroke gas engine, 160 rpm.

    Crossley Brothers Ltd, 1886년 No.1 엔진, 4.5마력 싱글 실린더, 4행정 가스 엔진, 160rpm.

  • 1915 Crossley Gas Engine (type GE130 No75590), 150 hp.

    1915 Crossley 가스 엔진(타입 GE130 No75590), 150 hp.

  • National Gas Engine

    내셔널 가스 엔진

  • Premier tandem scavenging high-power gas engine

    프리미어 탠덤 스캐빈징 고출력 가스 엔진

  • Blast furnace gas engine with blowing cylinder

    송풍 실린더가 있는 고로 가스 엔진

  • Stockport gas engine and belt-driven dynamo

    스톡포트 가스 엔진 및 벨트 구동 발전기

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "GE Jenbacher Gas engines". Clarke-energy.com. Retrieved 2013-09-28.
  2. ^ "start your engines! — gas-engines". Library.thinkquest.org. Retrieved 2013-09-28.
  3. ^ "Crossley Atmospheric Gas Engine" (PDF). Museum of Science and Industry. Archived from the original (PDF) on 22 October 2013. Retrieved 23 September 2013.
  4. ^ "The Basic Industries of Great Britain by Aberconway — Chapter XXI". Gracesguide.co.uk. Retrieved 2010-06-05.
  5. ^ "Gas engines at Wärtsilä". Wartsila.com. Retrieved 2013-09-28.
  6. ^ Andrews, Dave (2014-04-23). "Finning Caterpillar Gas Engine CHP Ratings Claverton Group". Claverton-energy.com. Retrieved 2014-08-09.
  7. ^ Andrews, Dave (2008-10-14). "38% HHV Caterpillar Bio-gas Engine Fitted to Sewage Works Claverton Group". Claverton-energy.com. Retrieved 2013-09-28.
  8. ^ a b Andrews, Dave (2010-06-24). "Complete 7 MWe Deutz (2 x 3.5MWe) gas engine CHP system for sale and re-installation in the country of your choice. Similar available on biogas / digester gas Claverton Group". Claverton-energy.com. Retrieved 2013-09-28.
  9. ^ "Global CNG Solutions Ltd — Gas Alliance Group". Globalcngsolutions.com. Archived from the original on 2017-06-27. Retrieved 2014-08-09.
  10. ^ "The UK's first Scania-ADL gas-powered buses delivered to Reading Buses". scania.co.uk. 2013-04-23. Retrieved 2014-08-09.
  11. ^ "Glossary — U.S. Energy Information Administration (EIA)". Retrieved 2018-12-22.
  12. ^ "CHP Cogeneration GE Jenbacher Gas Engines". Clarke Energy. Archived from the original on 2012-04-30. Retrieved 2013-09-28.
  13. ^ "Rolls-Royce introducing new B36:45 gas engines to US market; up to 50% efficiency". Green Car Congress. Retrieved 2019-01-25.
  14. ^ "Products & Services". Ge-energy.com. Retrieved 2013-09-28.

외부 링크

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