37-37 2021 [추계학술대회]
| 제목 | LFG용 예연소실 점화플러그 서브 구경의 크기와 위치에 따른 화염전파속도 및 연소압력에 관한 연구 |
|---|---|
| 분야 | 모빌리티 동력 및 구동시스템 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 최두석( 공주대학교), 최문석(영남이공대학), 김권세( 아주자동차대학), 이상윤( 공주대학교), 강규현( 공주대학교) |
| Key Words | Pre-chamber Spark plug(예연소실 점화플러그), Land Fill gas(매립지가스), Air Fuel Ratio(공연비), Flame Propagation Speed(화염전파속도), Combustion Efficiency(연소효율) |
| 초록 |
현재 저탄소 에너지원 중 국내 매립지에서 발생하는 매립지가스(LFG)의 활용이 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 하지만 매립지가스의 연소과정에서 발생하는 연소특성으로 인해 연소효율이 우수하지 못하다. 그래서 이를 보완하고 해결할 수 있는 새로운 점화방식이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 발전소에서 사용하는 발전기의 매립지가스 연소의 불안정성과 연소효율을 높이기 위해 Pre-chamber Spark plug를 제작하여 hole size와 hole location에 따른 매립지가스의 연소특성을 분석하기 위해 진행하게 되었다. 대상 연료는 매립지가스의 주성분이 CH4이기 때문에 이를 사용하였다. 실험은 정적연소실(CVCC) 내에 설치된 점화플러그 앞부분에 서로 다른 종류의 Pre-chamber를 장착하고 CH4의 농도를 다르게 하여 실험을 진행하였다. 또한 람다센서(λ sensor)는 정적연소실 내에 공연비를 측정하기 위하여 설치하였다. 실험조건은 메인 구경(D)을 2.5mm로 사용하고 4개의 서브구경(D2)을 만든 Pre-chamber를 사용하였다. 그리고 Pre-chamber hole size와 Pre-chamber hole location, 공연비(0.9~1.6)을 조건변수로 설정하였다. 메인 구경이 2.5mm인 이유는 선행 연구에서 Pre-chamber hole을 하나만 하였을 때 공연비가 희박한 구간에서 Pre-chamber hole size가 3.0mm>2.5mm>2.0mm 순으로 화염전파속도가 빠른 것을 확인하였기 때문이다. 위의 연구 결과로 인해 메인 구경은 3.0mm 보다 한 단계 작은 2.5mm로 고정시켰다. 서브구경은 Pre-chamber Spark plug Front, Edge, Side에 각각 1.0mm와 1.5mm로 총 6개를 설계제작을 하여 연구를 진행하였다. 실험결과, 점화플러그에 Pre-chamber를 사용하면 기존 점화플러그보다 화염전파속도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또 Pre-chamber hole location에 따른 특징으로는 공연비 0.9~1.3까지 서브구경이 Edge 1.5mm일 때 화염전파속도가 빨랐고 1.4~1.6까지는 서브구경이 Side 1.0mm일 때 화염전파속도가 빨랐다. 그리고 Pre-chamber를 사용할 경우 공연비가 농후한 영역에서는 일반점화 대비 연소압력이 비슷하였다. 하지만 공연비가 희박한 영역에서는 일반점화 대비 연소압력이 높아지는 것을 확인하였다. 이러한 실험결과로 보아 Pre-chamber를 적용한 점화의 경우 연료가 희박한 영역에서 일반점화보다 연소효율이 높아진다는 결과를 얻을 수 있게 되었다. |
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