KR101228059B1 - 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법 - Google Patents

선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101228059B1
KR101228059B1 KR1020100080852A KR20100080852A KR101228059B1 KR 101228059 B1 KR101228059 B1 KR 101228059B1 KR 1020100080852 A KR1020100080852 A KR 1020100080852A KR 20100080852 A KR20100080852 A KR 20100080852A KR 101228059 B1 KR101228059 B1 KR 101228059B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
exhaust pipe
exhaust
porous filter
plasma
Prior art date
Application number
KR1020100080852A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120018254A (ko
Inventor
김용규
박희준
최재웅
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020100080852A priority Critical patent/KR101228059B1/ko
Publication of KR20120018254A publication Critical patent/KR20120018254A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101228059B1 publication Critical patent/KR101228059B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/32—Arrangements of propulsion power-unit exhaust uptakes; Funnels peculiar to vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/28—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a plasma reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/02—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/01—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust by means of electric or electrostatic separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means

Abstract

선박용 배기가스 정화장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치는, 배기관을 통하여 배출되는 배기가스를 코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응으로 정화시키기 위하여, 배기관과 연결되어 설치되는 플라즈마 반응기; 및 플라즈마 반응기로 유입되는 배기가스를 예연소시키도록, 플라즈마 반응기보다 배기관의 상류에 장착되어 배기관 내로 브라운 가스를 분사하는 브라운 가스 분사노즐;을 포함한다.

Description

선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법{EXHAUST GAS PURIFICATION APPRARATUS AND EXHAUST GAS PURIFYING METHOD FOR SHIP}
본 발명은 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브라운 가스를 이용한 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진의 경우 가솔린 엔진에 비해 열효율과 내구성이 높기 때문에 선박의 동력원으로 이용되고 있다. 또한, 가솔린 엔진에 비하여 CO, CO2 및 탄화수소의 배출량이 적어 지구 온난화를 덜 유발하는 장점이 있다.
그러나 배출가스 중의 NOx는 광화학 스모그, 산성비 및 오존(O3) 발생의 원인이 되고, 매연(SOOT) 등의 입자상 물질은 도시에서 발생하는 다른 어떤 입자보다 많은 빛을 흡수하기 때문에 대기 및 시야를 탁하게 만든다.
또한, 질소화합물은 광화학 스모그의 원인이 되고 산성비를 내리게 하는 주요원인이며 입자상 물질은 그 입자가 미세하고 많은 화학물질을 포함하고 있어 환경의 주요한 관심사항으로 부각되고 있다.
특히, 선박에 사용되는 디젤 엔진의 경우, 엔진의 구동을 위해 사용되는 연료는 비용 절감을 위해서 점도성이 높고, 휘발성이 낮으며 가연성이 낮은 저급 연료인 HFO(HeavyFuel Oil)가 사용되고 있는 실정이다. 이로 인해, 불완전 연소로 인한 입자상 물질(PM, Particulate Material)이 많이 발생한다.
이러한 분진은 일반적으로 크기가 수 마이크로 정도로 매우 작기 때문에 공중에 부유하게 되어 건물에 흡착하여 건물의 미관을 해치기도 하고, 생태계에도 나쁜 영향을 미칠 뿐만 아니라 사람의 몸에 흡입되어 폐암을 일으키기도 한다.
그러므로 디젤엔진의 배기가스를 정화시키는 기술이 요구되고 있는데, 이러한 디젤엔진의 배기가스 정화기술에 있어서, 가장 어려운 문제는 NOx와 PM의 트레이드 오프(trade-off) 문제이다.
최근 들어, 배기가스 중의 NOx 양을 감소시키기 위하여 희박연소 방식을 채용하고 있는 경향이 있으나, 이러한 희박 연소는 NOx의 양은 크게 저감시킬 수는 있으나, 불안정한 연소로 인해 미연소 HC 및 PM의 양이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 배출가스의 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)을 효과적으로 저감할 수 있는 장치가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는, 선박엔진에서 배출되는 배기가스를 효율적으로 정화시킬 수 있는 구성을 가지는 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진에서 연소된 배기가스를 정화시키기 위하여 엔진의 배기관에 장착되는 선박용 배기가스 정화장치로서,
상기 배기관을 통하여 배출되는 배기가스를 코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응으로 정화시키기 위하여, 상기 배기관과 연결되어 설치되는 플라즈마 반응기; 및 상기 플라즈마 반응기로 유입되는 배기가스를 예연소시키도록, 상기 플라즈마 반응기보다 상기 배기관의 상류에 장착되어 상기 배기관 내로 브라운 가스를 분사하는 브라운 가스 분사노즐;을 포함하는 것인 선박용 배기가스 정화장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 분사노즐은, 상기 배기관의 외주를 따라 동일한 간격으로 복수개가 이격되어 배치되어 있으며, 상기 플라즈마 반응기의 중심을 향하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응기는, 상기 배기관과 연결되는 연결부를 구비하는 하우징; 상기 하우징 내에 수용되어 플라즈마 반응을 위한 방전전압을 생성하기 위한 전극; 및 상기 전극에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징 및 상기 전극은 원통형일 수 있다.
또한, 상기 하우징과 상기 전극을 상호 절연시키도록, 상기 하우징과 상기 전극 사이에는 절연체가 개재되어 있을 수 있다.
또한, 상기 엔진의 배기가스 중의 입자상 물질(PM)을 포집하도록, 상기 하우징 내에 수납되는 다공성 필터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다공성 필터에서의 배압 증가량을 측정하기 위하여, 상기 플라즈마 반응기보다 상류의 배기관에 설치되는 제1 압력센서; 및 상기 플라즈마 반응기보다 하류의 배기관에 설치되는 제2 압력센서;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 압력센서 및 상기 제2 압력센서에 의해 검출된 압력차를 통하여 상기 플라즈마 반응기의 전극에 공급되는 전압을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극에서의 전압 및 주파수를 검출하는 오실로스코프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 선박용 배기가스 정화장치를 구비하는 선박이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박 엔진의 배기가스 중의 입자상 물질을 포집하기 위한 다공성 필터가 장착된 배기관을 가지는 선박용 배기가스 정화방법으로서,
상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스를 브라운 가스를 이용하여 예연소시키는 예연소 단계; 상기 다공성 필터를 이용하여 예연소된 배기가스 중의 입자상 물질을 포집하는 입자상 물질 포집단계; 및 코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응을 발생시켜, 상기 다공성 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시키는 플라즈마 반응단계;를 포함하는 것인 선박용 배기가스 정화방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응단계는, 상기 다공성 필터 전후에서의 상기 배기관의 배압을 측정하여, 상기 배압의 차이가 미리설정된 기준압력 이상인 경우에 수행될 수 있다.
본 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법에 따르면, 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 정화효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 입자상 물질의 정화효율을 높일 수 있다.
또한, 입자상 물질을 효율적으로 제거함으로써, 엔진에 과다한 배압이 가해져 엔진의 출력이 줄어드는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 선Ⅱ-Ⅱ를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 1의 선Ⅲ-Ⅲ를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 복수개의 브라운 가스 분사노즐을 배치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치의 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 배기가스 정화방법의 개략적 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 선Ⅱ-Ⅱ를 따라 취해진 단면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 선Ⅲ-Ⅲ를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 도시된 선박용 배기가스 정화장치는, 선박의 엔진에서 연소된 배기가스를 정화시키기 위해 마련된 것으로, 엔진의 배기관(10)에 마련된다.
상기 선박용 배기가스 정화장치는, 플라즈마 반응기 및 브라운 가스 분사노즐(160)을 포함하여 구성된다.
상기 플라즈마 반응기는 상기 배기관(10)을 통하여 배출되는 배기가스를 코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응을 일으켜 정화시키기 위하여 마련된 것이다. 상기 플라즈마 반응기는 하우징(110), 전극(130), 및 전원공급부(190)를 포함한다.
상기 하우징(110)은 상기 전극(130)을 수용하기 위해 마련된 것으로, 도시된 실시예에서는 원통형의 형상을 취하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사각통의 형상 및 그외의 형상을 취할 수도 있음은 물론이다.
원통형의 상기 하우징(110)의 양단에는, 상기 하우징(110)을 상기 배기관(10)에 연결고정시키기 위한 플랜지(112)가 마련되어 있다. 상기 하우징(110)의 플랜지(112)는 상기 배기관(10)의 일단에 마련된 플랜지(12)에 볼트(114) 및 너트(116)에 의해 결합된다.
상기 전극(130)은 플라즈마 반응을 위한 방전전압을 생성하기 위해 마련된 것이고, 상기 전원공급부(190)는 상기 전극(130)에 전원을 공급하기 위해 마련된 것이다.
상기 전극(130)은 상기 하우징(110)의 내에 설치되는데, 이 경우, 상기 전극(130)과 상기 하우징(110)을 전기적으로 절연시키기 위하여, 상기 하우징(110)과 상기 전극(130) 사이에는 절연체(120)가 개재되어 있다.
상기 절연체(120)는 세라믹 재질의 애자일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도시된 실시예에서, 상기 전극(130) 및 상기 절연체(120)는, 상기 하우징(110)의 형상과 동일한 원통형 형상을 취하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극(130) 및 상기 절연체(120)의 형상은 상기 하우징(110)의 형상에 따라 다른 형상을 취할 수도 있음은 물론이다.
상기 전극(130)은 상기 전원공급부(190)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 전원공급부(190)로부터의 교류 또는 직류의 고압의 전압이 상기 전극(130)에 인가되면, 상기 하우징(110) 내로 흐르는 배기가스를 향하여 전장이 유도된다.
유도된 전장이 코로나 방전을 일으키는 방전전장 이상이 되면, 고압기체 전리현상에 의해 코로나 방전이 일어나 고 밀도의 플라즈마 반응이 발생하게 되고, 이 플라즈마 반응에 의해 배기가스가 정화된다. 플라즈마 반응에 의한 배기가스의 정화에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 브라운 가스 분사노즐(160)은 상기 플라즈마 반응기로 유입되는 배기가스를 미리 연소시키기 위하여 마련된 것이다. 상기 브라운 가스 분사노즐(160)은 상기 플라즈마 반응기보다 상류의 지점에 배기관(10)에 장착된다.
상기 브라운 가스 분사노즐(160)은 브라운 가스 발생기(162)에 연결되어 있다. 상기 브라운 가스 발생기(162)에서 발생된 브라운 가스는 공급관(미도시)을 통하여 상기 브라운 가스 분사노즐(160)에 공급된 후, 브라운 가스 분사노즐(160)을 통하여 필요한 양만큼이 상기 배기관(10) 내를 흐르는 배기가스에 분사된다.
여기서, 브라운 가스란 잘 알려진 바와 같이, 물의 전기 분해에 의해 발생한 수소와 산소가 2 대 1의 혼합비율로 정량적으로 공존하는 가스로서, 완전연소에 필요한 알맞은 산소를 자체 함유하고 있어, 차세대 연료로서 각광받고 있다. 특히, 브라운 가스는 기존의 화석연료와 비교할 때, 연소시 온도가 빠르게 올라가는 승온 특성이 좋고, 단열화염온도가 높으며, 화염속도 또한 현저히 빠른 장점이 있다. 또한, 브라운 가스는 완전연소 후에 수증기만이 발생하므로 근본적으로 환경오염이 없는 청정 에너지원이다.
이러한 브라운 가스를 이용하여 상기 배기관(10)을 흐르는 배기가스를 재연소시킴으로써, 배기가스에 남아있는 미연소된 가스성분을 제거할 수 있다. 또한, 배기가스의 온도를 상승시킴으로써, 상기 플라즈마 반응기에서의 플라즈마 화학반응을 촉진시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 브라운 가스는 다량의 산소를 포함하고 있으므로, 배기가스 중의 NOx를 산화시켜 제거시킬 수 있다.
한편, 상기 브라운 가스 분사노즐(160)은 상기 플라즈마 반응기의 중심을 향하여 설치되는데, 도시된 실시예에서는 상기 플라즈마 반응기의 상기 하우징(110)의 중심(C)를 향하도록 배치된다.
도시된 바와 같이, 상기 브라운 가스 분사노즐(160)은 상기 배기관(10)의 외주를 따라 이격되어 배치된다. 이 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 브라운 가스 분사노즐(160)이 마련되는 경우에는, 각각의 브라운 가스 분사노즐(160)은 상기 배기관(10)의 대향하는 위치에 마련된다. 또한, 예컨대 4개의 브라운 가스 브라운 가스 분사노즐(160)이 마련되는 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(10)의 외주를 따라 동일한 간격(α의 사이 각도)으로 이격되어 배치된다.
이러한 브라운 가스 분사노즐(160)의 배치 덕분에, 상기 배기관(10) 내로 흐르는 배기가스와 상기 브라운 가스와의 혼합이 보다 효율적으로 이루어지면서 배기가스를 연소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치는, 다공성 필터(140), 제1 압력센서(150), 제2 압력센서(152), 오실로스코프(180) 및 제어부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 다공성 필터(140)는, 상기 엔진의 배기가스 중의 입자상 물질(PM)을 포집하기 위해 마련된 것이다. 도시된 실시예에서, 상기 다공성 필터(140)는 상기 하우징(110) 내에 수납되는 원통형의 형상을 취하고 있다. 즉, 본 실시예에서는 상기 다공성 필터(140)는 상기 하우징(110) 내의 전극(130) 내측에 수용되는 원통형 형상을 가진다. 그러나, 상기 다공성 필터(140)의 형상은 반드시 원통형일 필요는 없으며, 상기 하우징(110) 및 하우징(110) 내에 수용되는 전극(130)의 형상 및 배치에 따라 다른 형상을 취할 수도 있음은 물론이다.
상기 다공성 필터(140) 덕분에, 상기 다공성 필터(140)를 통하여 흐르는 배기가스 중의 입자상 물질(PM)이 포집된다. 포진된 입자상 물질(PM)은 플라즈마 화학반응에 의해 연소되게 된다.
상기 제1 압력센서(150) 및 상기 제2 압력센서(152)는 상기 다공성 필터(140)에서의 배압 증가량을 측정하기 위해 마련된 것이다. 전술한 바와 같이, 상기 다공성 필터(140) 내에 배기가스의 입자상 물질이 포집됨에 따라, 상기 배기관(10) 내의 배기가스의 배압은 증가하게 된다.
이러한 배압 증가량을 측정하고자, 상기 제1 압력센서(150)는 상기 플라즈마 반응기보다 상류의 위치에서 상기 배기관(10) 상에 설치되고, 상기 제2 압력센서(152)는 상기 플라즈마 반응기보다 하류의 위치에서 상기 배기관(10) 상에 설치된다. 따라서, 상기 제1 압력센서(150)에 의해 측정된 배압과, 상기 제2 압력센서(152)에 의해 측정된 배압의 차를 구하면, 상기 다공성 필터(140)에 의해 증가된 배압 증가량을 측정할 수 있다.
상기 오실로스코프(180)는 상기 전극(130)에서의 전압 및 주파수를 검출하기 위해 마련된 것이다. 따라서, 작업자는 전극(130)의 현재 전압 및 주파수를 실시간으로 확인가능하다.
상기 제어부(170)는, 상기 브라운 가스 분사노즐(160)에서 분사되는 브라운 가스의 양을 조절하고, 상기 플라즈마 반응기에서의 플라즈마 화학반응을 제어하기 위해 마련된 것이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치의 블럭도이다. 이하, 도 1 및 도 5를 참조하여 상기 제어부(170)의 제어방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제어부(170)는 상기 브라운 가스 분사노즐(160)을 제어하여, 브라운 가스 분사노즐(160)을 통하여 분사되는 브라운 가스의 양과 분사 타이밍을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(170)는 엔진의 구동을 제어하는 ECU(Engine Contro Unit; 미도시)와의 통신에 의해 현재 엔진의 부하를 입력받고, 엔진의 부하에 따라, 상기 브라운 가스 분사노즐(160)의 분사 타이밍과 분사량을 제어할 수 있다.
다른 일례로, 상기 제어부(170)는 상기 제1 압력센서(150)를 이용하여 상기 배기관(10)을 흐르는 배기가스의 배압을 측정하여, 배압에 따라 상기 브라운 가스분사노즐(160)의 분사 타이밍과 분사량을 제어할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(170)는 상기 제1 압력센서(150) 및 상기 제2 압력센서(152)에 의해 검출된 배압의 차이를 연산한다. 상기 배압의 차이가 미리 설정된 기준압력 이상이 되는 경우, 상기 제어부(170)는, 상기 다공성 필터(140)에 기준치 이상의 입자상 물질이 포집된 것으로 판단한다. 이에 따라, 상기 제어부(170)는 상기 다공성 필터(140) 내에 포집된 입자상 물질을 연소시키기 위하여, 상기 전원공급부(190)의 공급전압을 증가시킨다. 이에 따라, 상기 플라즈마 반응기 내에서의 플라즈마 화학반응이 발생한다.
한편, 상기 제어부(170)는 상기 오실로스코프(180)와 통신가능하게 연결되어 있다. 따라서 상기 제어부(170)는, 상기 오실로스코프(180)가 측정한 상기 전극(130)의 실제 전압 및 주파수를 입력받고, 상기 전극(130)에 필요 전압이 실제적으로 공급되도록 상기 전원공급부(190)를 피드백 제어한다.
이하, 상기 구성에 의한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치의 작용에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 선박의 엔진에서 연소된 배기가스는 배기관(10)을 통하여 흐른다. 이때, 제어부(170)는 상기 브라운 가스 분사노즐(160)을 제어하여, 상기 배기가스를 향하여 분사되는 브라운 가스의 분사 타이밍과 분사량을 조절한다.
상술한 바와 같이, 브라운 가스는 승온 특성이 좋고, 단열화염온도가 높으며, 화염속도가 빠르므로, 브라운 가스에 의해 배기가스는 재연소된다. 이때, 브라운 가스에 포함된 다량의 산소가 배기가스 중의 NOx를 산화시킴으로써, NOx를 정화시킨다. 한편, 재연소에 의해 배기가스의 연도는 높여진 채로 플라즈마 반응기로 흐르게 된다.
상기 플라즈마 반응기로 흐르는 배기가스 중의 입자상 물질은 상기 플라즈마 반응기 내에 수용된 다공성 필터(140)에 1차적으로 포집되게 된다. 이 경우, 상기 제어부(170)는 실시간으로 제1 압력센서(150) 및 제2 압력센서(152)를 통하여 상기 다공성 필터(140)에 포집된 입자상 물질의 양을 계산한다.
상기 다공성 필터(140) 내에 적정치 이상의 입자상 물질이 포집된 것으로 판단되면, 상기 제어부(170)는 전원공급부(190)를 제어하여, 상기 전원공급부(190)가 전극(130)에 고전압을 인가하게 된다. 상기 전극(130)에 고전압이 인가되면, 상기 하우징(110) 내로 흐르는 배기가스를 향하여 상기 전극(130)으로부터 전장이 유도되어, 코로나 방전이 일어나 플라즈마 반응이 시작된다.
상기 플라즈마 반응기에서는 아래의 반응식 1에서와 같이, NOx 중 NO가 NO2 로 전환되는 반응이 일어난다.
[반응식 1]
NO + 1/2O2 -> NO2
또한, 상기 다공성 필터(140)에 포집된 입자상 물질은, 플라즈마 반응에 의해 변환된 NO2 와 반응하여 산화되어 제거된다.
본 실시예에 따른 선박용 배기가스 정화장치에 따르면, 엔진의 배기가스 중의 NOx 및 미연소 HC와 입자상 물질을 효율적으로 정화시킬 수 있다. 특히, 브라운 가스를 이용하여 배기가스를 재연소 시키고, 재연소된 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 다공성 필터를 이용하여 포집한 후, 플라즈마 반응을 통하여 연소시킴으로써 배기가스의 정화효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 배기관에 설치된 압력센서를 이용하여 배기관의 배압을 모니터링하고, 배압에 따라 플라즈마 반응의 개시 타이밍을 제어함으로써, 다공성 필터에 포함된 입자상 물질로 인해 배압이 증가하여 엔진의 출력이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 하우징(110), 상기 절연체(120) 및 상기 전극(130)이 모두 원통형인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 플라즈마 반응기의 하우징은 사각통 형상일 수 있으며, 전극은 한 쌍으로 마련되어 평판 형상으로 하우징 내에서 서로 대향하게 장착될 수도 있다. 이 경우 한 쌍의 전극은 서로 다른 전극을 가지고, 다공성 필터는 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재되게 배치할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 배기가스 정화방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 배기가스 정화방법의 개략적 순서도이다.
본 실시예에 따른 선박의 배기가스 정화방법은, 선박 엔진의 배기가스 중의 입자상 물질을 포집하기 위한 다공성 필터가 장착된 배기관을 가지는 선박의 배기가스 정화방법에 관한 것이다.
상기 배기가스 정화방법은, 예연소 단계(S1), 입자상 물질 포집단계(S2), 압력 측정단계(S3). 배압 연산단계(S4), 플라즈마 반응 개시여부 판단단계(S5), 및 플라즈마 반응단계(S6)를 포함한다.
상기 예연소 단계(S1)에서는, 선박엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스를, 브라운 가스를 이용하여 예연소시킴으로써, 배기가스 중의 미연소된 HC 등을 연소시키고, 브라운 가스에 포함된 다량의 산소를 이용하여 배기가스 중의 NOx를 산화시키는 동시에, 배기가스의 온도를 승온시킨다.
상기 입자상 물질 포집단계(S2)에서는, 다공성 필터를 이용하여 상기 예연소 단계(S1)를 거친 배기가스 중에 남아있는 입자상 물질을 포집한다.
상기 압력 측정단계(S3)에서는, 상기 입자상 물질 포집단계(S2)에서 입자상 물질이 다공성 필터에 포집되는 경우, 상기 다공성 필터보다 상류의 지점에서의 배기관의 압력(P1)과, 상기 다공성 필터보다 하류의 지점에서의 배기관의 압력(P2)을 측정한다.
상기 배압 연산단계(S4)에서는, 상기 압력 측정단계(S3)에서 측정된 P1 압력 및 P2 압력의 차이를 연산함으로써, 상기 다공성 필터에 의한 배압의 증가량을 연산한다.
상기 플라즈마 반응 개시여부 판단단계(S5)에서는, 상기 배압 연산단계(S4)에서 측정된 배압의 증가량이 미리 설정한 기준압력을 초과하는 지를 판단하여, 플라즈마 반응의 개시여부를 결정한다.
상기 플라즈마 반응단계(S6)에서는, 코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응을 발생시켜, 상기 다공성 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 배기관 12: 플랜지
110: 하우징 112: 플랜지
114: 볼트 116: 너트
120: 절연체 130: 전극
140: 다공성 필터 150: 제1 압력센서
152: 제2 압력센서 160: 브라운 가스 분사노즐
162: 브라운 가스 발생기 170; 제어부
180: 오실로스코프 190: 전원공급부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 선박의 엔진에서 연소된 배기가스를 정화시키기 위하여 엔진의 배기관에 장착되는 선박용 배기가스 정화장치로서,
    상기 배기관을 통하여 배출되는 배기가스를 코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응으로 정화시키기 위하여, 상기 배기관과 연결되어 설치되는 플라즈마 반응기; 및
    상기 플라즈마 반응기로 유입되는 배기가스를 예연소시키도록, 상기 플라즈마 반응기보다 상기 배기관의 상류에 장착되어 상기 배기관의 외주를 따라 동일한 간격으로 복수개가 이격되어 배치되어 있으며, 상기 플라즈마 반응기의 중심을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 배기관 내로 브라운 가스를 분사하는 브라운 가스 분사노즐;
    상기 플라즈마 반응기는,
    상기 배기관과 연결되는 연결부를 구비하는 하우징;
    상기 하우징 내에 수용되어 플라즈마 반응을 위한 방전전압을 생성하기 위한 전극; 및
    상기 전극에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하며,
    상기 엔진의 배기가스 중의 입자상 물질(PM)을 포집하도록, 상기 하우징 내에 수납되는 다공성 필터;를 더 포함하며,
    상기 다공성 필터에서의 배압 증가량을 측정하기 위하여, 상기 플라즈마 반응기보다 상류의 배기관에 설치되는 제1 압력센서; 및 상기 플라즈마 반응기보다 하류의 배기관에 설치되는 제2 압력센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 정화장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 압력센서 및 상기 제2 압력센서에 의해 검출된 압력차를 통하여 상기 플라즈마 반응기의 전극에 공급되는 전압을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 정화장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 선박 엔진의 배기가스 중의 입자상 물질을 포집하기 위한 다공성 필터가 장착된 배기관을 가지는 선박의 배기가스 정화방법으로서,
    상기 엔진의 배기관을 통하여 배출되는 배기가스를 브라운 가스를 이용하여 예연소시키는 예연소 단계;
    상기 다공성 필터를 이용하여 예연소된 배기가스 중의 입자상 물질을 포집하는 입자상 물질 포집단계; 및
    코로나 방전에 의한 플라즈마 화학반응을 발생시켜, 상기 다공성 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시키는 플라즈마 반응단계;를 포함하며,
    상기 플라즈마 반응단계는,
    상기 다공성 필터 전후에서의 상기 배기관의 배압을 측정하여, 상기 배압의 차이가 미리설정된 기준압력 이상인 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기가스 정화방법.
KR1020100080852A 2010-08-20 2010-08-20 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법 KR101228059B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100080852A KR101228059B1 (ko) 2010-08-20 2010-08-20 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100080852A KR101228059B1 (ko) 2010-08-20 2010-08-20 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120018254A KR20120018254A (ko) 2012-03-02
KR101228059B1 true KR101228059B1 (ko) 2013-01-30

Family

ID=46127601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100080852A KR101228059B1 (ko) 2010-08-20 2010-08-20 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101228059B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101838591B1 (ko) * 2017-06-05 2018-03-20 주식회사 파나시아 오토퍼징기능을 가지는 선박의 황산화물 제거장치용 모니터링 장치 및 그 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102197144B1 (ko) * 2019-03-29 2021-01-05 유한회사 더프라임솔루션 아킹현상을 방지하는 저온 플라즈마 배출가스 입자상 물질 저감 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004353596A (ja) 2003-05-30 2004-12-16 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2009270560A (ja) 2008-04-08 2009-11-19 Mitsubishi Electric Corp 排気ガス浄化装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004353596A (ja) 2003-05-30 2004-12-16 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2009270560A (ja) 2008-04-08 2009-11-19 Mitsubishi Electric Corp 排気ガス浄化装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101838591B1 (ko) * 2017-06-05 2018-03-20 주식회사 파나시아 오토퍼징기능을 가지는 선박의 황산화물 제거장치용 모니터링 장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120018254A (ko) 2012-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110314796A1 (en) Particulate matter detection sensor and control device of controlling the same
EP1239126B1 (en) Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine
JP2013087770A (ja) 煤煙フィルター再生システム、及びその方法
JP4887888B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR101228059B1 (ko) 선박용 배기가스 정화장치 및 배기가스 정화방법
JP5474468B2 (ja) プラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置
JP5356183B2 (ja) プラズマ反応器及びそれを用いた排気ガス浄化装置
WO2012066606A1 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
EP2559873A1 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
Hołub et al. Experimental results of a combined DBD reactor-catalyst assembly for a direct marine diesel-engine exhaust treatment
JP2010285917A (ja) 粒子状物質検出装置、および排気ガス浄化装置の状態判定装置
Okubo et al. Soot incineration of diesel particulate filter using honeycomb nonthermal plasma
JP2007327460A (ja) 排ガス浄化装置
JP2004204739A (ja) 排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法
KR20100116898A (ko) 디젤내연기관용 매연저감장치
US6391077B1 (en) Apparatus for removing fine particles in exhaust gas and apparatus for cleaning exhaust gas
KR20130011256A (ko) 선박의 배기가스 정화 장치
JP4735979B2 (ja) 排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法
KR100769571B1 (ko) 디젤엔진의 유해물질 저감시스템
KR102385201B1 (ko) 저공해 가스엔진히트펌프 시스템
RU94037897A (ru) Способ очистки отработавших газов от твердых частиц
JP2006125269A (ja) 排気浄化装置
KR100942058B1 (ko) 내연기관의 연료 절감 및 매연 저감장치
WO2016125436A1 (ja) 微粒子検出装置
JP6957283B2 (ja) エンジンシステム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160104

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 8