KR101275238B1 - 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법 - Google Patents

질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 효과적으로 제거하는 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 질소 산화물 제거 장치는 제 1 엔진의 배기 가스의 열에너지를 이용한 열반응을 통해 초기 물질로부터 환원제를 생성하는 환원제 공급기 및 환원제를 이용한 촉매 환원 반응에 의해 제 2 엔진의 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 제거하는 촉매 환원부를 포함하되, 제 2 엔진의 배기 가스는 환원제 공급기를 통하지 않고 촉매 환원부에 제공되다.

Description

질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법{APPARATUS FOR REMOVING NITROGEN OXIDES AND METHOD FOR REMOVING NITROGEN OXIDES THEREOF}
본 발명은 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 효과적으로 제거하는 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법에 관한 것이다.
엔진, 그 중 디젤 엔진은 실린더 내부의 연소 과정에서 NO 및 NO2를 주성분으로 하는 질소 산화물(이하, NOx라고 함)을 생성한다. NOx는 대표적인 공해물질이기 때문에, NOx를 제거하기 위한 다양한 노력이 있어 왔다.
특히, 국제 연합(United Nation, UN) 산하의 국제 해사 기구(International Maritime Oraganization, IMO)는 선박의 질소 산화물 배출량을 규제하고 있다. 국제해양오염방지협약(Marine Pollution Treaty, MARPOL Treaty) 73/78의 부속서 제 6장에 의하면 2016년부터 연안을 항해하는 선박들은 질소산화물 배출량을 현재의 1/4 수준으로 감축하여야 한다.
질소 산화물을 제거하기 위한 방법으로서 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, 이하 SCR이라 한다) 방법이 널리 이용되고 있다. SCR은 촉매에 질소 산화물과 환원제를 주입하고, 촉매 환원 반응을 유도함으로써 질소 산화물을 안정된 질소 분자로 변환하는 방법이다. 이때, 촉매로서는 티탄-바나듐 계의 촉매가 사용되고, 환원제로서는 암모니아가 주로 사용된다.
암모니아는 자극적인 냄새가 강한 독극물이므로 취급이 까다롭고, 암모니아를 환원제로 하는 경우, 암모니아의 누설을 대비하여 저장탱크를 개방 구역(예를 들어, 상갑판 상의 개방 구역)에 설치하여야 하고, 누설 검지 센서, 이중 외벽 또는 환기 장치등의 특별한 설비가 요구된다. 따라서, 최근에는 취급이 용이한 요소 수용액(이하, 요소수라 한다)을 고온의 배기 가스 중에 분사하여 열분해 시킴으로써 암모니아를 생성하는 방법이 제안되고 있다. 이와 같이 암모니아를 사용한 질소 산화물 제거 장치의 일반적인 내용에 대해서는 대한민국 공개특허 제 10-2012-00305533호에 개시되어 있다.
이때, 요소수로부터 암모니아를 생성하기 위해서는 일정 범위(약 320℃~400℃)의 온도 레벨이 요구된다. 만일, 요소수가 분사되는 배기 가스의 온도가 낮으면, 요소수는 완전 분해되지 않고 뷰렛, 사아눌산 등 다수의 부생성물이 발생되고, 이는 질소 산화물 제거 성능을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 환원제 생성 효율을 향상시키고 부생성물의 생성을 억제하는 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 복수의 엔진에 대해 공통의 탈질 장치를 구비하여, 설치 및 제작 비용을 절감한 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 과급기 터빈의 구동력 감소를 최소화한 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 엔진과 과급기 터빈 사이에 삽입되는 공간 용량을 최소화한 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 부생성물 생성 및 고형화를 억제하는 다공 내통을 구비한 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 횡방향의 선회 운동과 종방향의 와류가 복류로 형성하여 배기 가스의 균질도 및 유속 분포의 균일도를 향상시키는 정적 믹서를 구비한 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 질소 산화물 제거 장치는 엔진의 배기 가스를 과급기 터빈으로 유도하는 배기관; 상기 배기관에 흐르는 배기 가스의 일부를 추기(抽氣)하는 동압 발생기; 상기 추기된 가스와 환원제를 혼합하여 상기 배기관에 제공하는 환원제 공급기; 및 상기 과급기 터빈의 후단과 연결되고, 상기 환원제를 이용한 촉매 환원 반응에 의해 상기 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 제거하는 SCR 반응기를 포함하되, 상기 배기관에 제공된 상기 추기된 가스는 상기 배기관을 통해 상기 과급기 터빈과 상기 SCR 반응기로 순차적으로 유도된다.
실시 예로서, 상기 동압 발생기는 상기 배기 가스의 일부를 상기 배기관의 하류측으로부터 추기하고, 상기 환원제 공급기는 상기 추기된 가스와 상기 환원제를 상기 배기관의 상류측에 제공한다.
실시 예로서, 상기 동압 발생기는 상기 배기 가스의 일부를 추기하여 상기 환원제 공급기에 제공하는 동압판; 및 상기 동압판을 상기 배기관에 결합시키는 회전축을 포함한다.
실시 예로서, 상기 환원제 공급기는 초기 물질을 상기 추기된 가스를 향해 분사하고, 상기 분사된 초기 물질이 상기 추기된 가스와 접촉하여 발생하는 열 반응을 통해, 상기 분사된 초기 물질로부터 상기 환원제를 생성한다.
실시 예로서, 상기 환원제 공급기는 열반응 영역에 상기 초기 물질을 제공하는 노즐; 및 상기 환원제 공급기의 외통과 상기 열반응 영역 사이에 위치하고, 복수의 구멍을 갖는 다공 내통을 포함한다.
실시 예로서, 상기 노즐은 상기 초기 물질을 상기 다공 내통의 내부를 향해 분사한다.
실시 예로서, 상기 복수의 구멍은 원 또는 막대 형태이다.
실시 예로서, 상기 복수의 구멍은 상기 노즐과 가까울수록 면적이 작아진다.
실시 예로서, 상기 환원제 공급기는 상기 다공 내통 내부의 공기에 선회력을 일으키는 선회기를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 초기 물질은 요소이고, 상기 환원제는 암모니아 가스이다.
실시 예로서, 상기 과급기 터빈의 후단과 상기 SCR 반응기 사이에 설치되어, 상기 환원제와 상기 배기 가스를 섞는 정적 믹서를 더 포함하되, 상기 정적 믹서는 상기 배기 가스가 상기 정적 믹서를 통과하는 동안 상기 배기 가스에 와류를 유도하는 스크류판을 포함한다.
실시 예로서, 상기 와류는 종방향 와류 및 횡방향 선회 운동을 포함하는 복류 와류이다.
실시 예로서, 상기 스크류판은 중심이 뚫린 형태이다.
실시 예로서, 상기 스크류판의 외경은 상기 정적 믹서의 외통의 내경과 접촉된다.
실시 예로서, 상기 엔진은 선박의 추진용 엔진이다.
본 발명에 따르면, 환원제 생성 효율을 향상시키고 부생성물의 생성을 억제하는 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법이 제공된다.
또한, 복수의 엔진에 대해 공통의 탈질 장치를 구비하여, 질소 산화물 제거 장치의 설치 및 제작 비용이 절감된다.
또한, 과급기 터빈의 구동력 감소가 최소화된다.
또한, 엔진과 과급기 터빈 사이에 삽입되는 공간 용량을 최소화하여, 엔진 난조 현상을 감소시킨다.
또한, 부생성물 생성 및 고형화를 억제하는 다공 내통을 구비한 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법이 제공된다.
또한, 배기 가스의 균질도 및 유속 분포의 균일도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 질소 산화물 제거 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 동압 발생기 및 환원제 공급기를 구체적인 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 다공 내통의 실시 예들을 나타내는 전개도이다.
도 5는 도 2에 도시된 선회기의 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 정적 믹서의 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 스크류판을 위에서 내려다 본 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 질소 산화물 제거 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 환원제 공급기를 구체적인 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 질소 산화물 제거 방법을 나타내는 순서도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명들은 모두 청구된 발명의 부가적인 설명을 제공하기 위한 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우에, 이는 그 외의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
선택적 촉매 환원 방법을 이용한 질소 산화물 제거 장치는 배기 가스의 온도가 상대적으로 낮은 엔진에 적용될 때 문제가 된다. 예를 들어, 선박의 추진용 엔진은 과급기 터빈을 통과한 배기 가스가 약 250℃ 정도의 온도를 갖는다. 이 경우, 배기 가스의 온도가 환원제(예를 들어, 암모니아)를 생성하기 위한 적합 온도(약 320℃~400℃)에 미치지 못하므로, 질소 산화물 제거 장치는 환원제 생성 과정에서 다량의 부생성물을 발생하게 된다.
한편, 관련된 선행 문헌인 대한민국 공개특허 제 10-2012-0030553호는 과급기 터빈을 지나기 전의 배기 가스의 온도는 상대적으로 고온인 점에 착안하여, 엔진에서 과급기 터빈으로 유도되는 관에 흐르는 배기 가스를 추기하여 암모니아를 생성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법에 따르면 배기 가스의 일부가 과급기 터빈을 구동하지 않고 촉매 반응 장치(또는, SCR 반응기)를 통해 배출되므로, 과급기 터빈의 동력이 감소하는 단점이 있다.
본 발명에서는, 환원제 생성을 위해 충분히 고온의 배기 가스를 제공하면서도, 동시에 과급기 터빈의 동력 감소를 최소화하는 질소 산화물 제거 장치 및 그것의 질소 산화물 제거 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 질소 산화물 제거 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 질소 산화물 제거 장치(100)는 초기물질 탱크(120), 펌프(121), 환원제 공급기(130), 배기관(P1), 동압 발생기(140), 제 1 및 제 2 밸브(170a, 170b), 정적 믹서(180) 및 SCR 반응기(190)를 포함한다. 그리고, 주변 구성물로서 엔진(110), 리시버(111), 급기 냉각기(161), 블로워(160) 및 과급기 터빈(150)이 있다.
엔진의 기동을 위해서 외부로부터 급기(M1)가 유입된다. 급기(M1)는 블로워(160)를 통과하여 급기 냉각기(161)에 제공되고, 급기 냉각기(161)는 제공된 급기를 냉각하여 엔진(110)에 제공한다.
엔진(110)은 제공된 급기를 이용하여 연료를 연소하고, 연소 과정에서 발생된 배기를 리시버(111)로 배기한다. 실시 예로서, 엔진(110)은 2행정 사이클을 갖는 디젤 엔진일 수 있다. 또한, 실시 예로서, 엔진(110)은 선박의 추진용 엔진일 수 있다. 이하에서는, 엔진(110)을 선박의 추진용 엔진으로 가정하고, 질소 산화물 제거 장치(100)에 대해 설명한다.
리시버(111)는 엔진(110)으로부터 나온 배기 가스를 잠시 저장하고 이를 배기관(P1)에 제공한다.
배기관(P1)은 배기 가스를 과급기 터빈(150)으로 유도한다. 이때, 배기관(P1)을 흐르는 배기 가스의 일부가 동압 발생기(140)에 의해 추기(抽氣, 또는 뽑아내기)될 수 있다.
동압(動壓) 발생기(140)는 배기관(P1)으로부터 배기 가스의 일부를 추기할 수 있다. 실시 예로서, 동압 발생기(140)는 선박의 운항 모드에 따라 개폐가 제어될 수 있다. 예를 들어, 선박이 질소 산화물 함유량을 규제하는 해역(이하, 규제 해역이라 한다)을 운행하는 경우, 배기 가스의 질소 산화물을 제거하기 위해 동압 발생기(140)는 열리도록 제어된다. 그리고, 동압 발생기(140)는 배기관(P1)으로부터 배기 가스의 일부를 추기한다. 반면에, 선박이 규제 해역이 아닌 곳을 운행하는 경우, 동압 발생기(140)는 닫히도록 제어되고, 동압 발생기(140)는 배기 가스를 추기하지 않는다. 이 경우, 배기관(P1)을 지나는 배기 가스는 모두 과급기 터빈(150)으로 유도된다.
동압 발생기(140)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2와 함께 후술될 것이다.
환원제 공급기(130)는 환원제를 제공하고, 동압 발생기(140)에 의해 추기된 가스와 환원제를 혼합한다. 그리고, 환원제 공급기(130)는 추기된 가스와 환원제의 혼합 가스(이하, 혼합 가스라 한다)를 배기관(P1)에 반환한다. 후술하겠지만, 반환된 가스에 포함된 환원제는 질소 산화물 제거를 위해 SCR 반응기(190)에서 발생하는 촉매 환원 반응에 사용된다. 그리고, 반환된 혼합 가스는 과급기 터빈으로 유도되어 배기 가스와 합류하고, 과급기 터빈의 구동에 이용된다.
실시 예로서, 환원제 공급기(130)는 추기된 가스의 열에너지를 이용하여 환원제를 생성할 수 있다.
실시 예로서, 환원제 공급기(130)는 추기된 가스의 열에너지를 이용한 열반응을 통해 초기물질로부터 환원제를 생성할 수 있다. 이 경우, 질소 산화물 제거 장치(100)는 초기물질 탱크(120)에 초기물질을 저장하고, 펌프(121)를 통해 초기물질을 환원제 공급기(130)에 제공한다.
실시 예로서, 환원제 공급기(130)가 제공하는 환원제는 암모니아이고, 초기 물질은 요소일 수 있다. 이 경우, 초기물질 탱크(120)는 요소를 저장하고, 펌프(121)를 통해 환원제 공급기(130)에 요소를 제공한다. 환원제 공급기(130)는 요소를 고온의 추기된 가스를 향해 분사하고, 추기된 가스의 열에너지를 이용한 열반응에 의해 요소로부터 암모니아가 생성된다.
환원제 공급기(130)의 구성 및 동작에 대한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 5와 함께 후술될 것이다.
상기와 같은 동압 발생기(140) 및 환원제 공급기(130)의 구성에 따르면, 환원제 생성을 위한 배기 가스가 과급기 터빈(150) 전에 추기된다. 배기 가스는 과급기 터빈(150)을 통과하면서, 가진 열에너지의 일부를 과급기 터빈(150)을 구동하는데 소모한다. 따라서, 과급기 터빈(150)을 통과하면서 배기 가스의 온도는 상당량 낮아지게 된다. 따라서,환원제 생성을 위해 높은 온도가 요구되는 경우, 본 발명과 같이 배기 가스를 과급기 터빈(150) 이전에 추기함으로써, 환원제 생성 성능이 향상될 수 있다. 예를 들어, 요소로부터 암모니아를 생성하는 경우, 과급기 터빈(150) 전에 배기 가스를 추기하고, 추기된 가스에 요소를 분사한다. 그럼으로써, 상대적으로 높은 배기 가스에 의해 요소는 암모니아로 열분해되고, 뷰렛이나 사아눌산 등의 부생성물의 발생이 최소화될 수 있다.
또한, 추기된 배기 가스는 환원제와 함께 배기관(P1)에 반환되어, 과급기 터빈(150)으로 유도된다. 따라서, 동압 발생기(140)에 의해 추기된 가스도 다시 배기관(P1)으로 돌아가 배기 가스와 합류하고, 과급기 터빈(150)을 구동하기 위해 이용된다. 즉, 동압 발생기(140)가 배기 가스를 추기하여 발생하는 과급기 터빈(150)의 동력 감소가 최소화될 수 있다.
또한, 리시버(111)와 과급기 터빈(150) 사이에 상대적으로 공간 용량이 작은 환원제 공급기(130)만 삽입되므로, 엔진 난조 현상이 감소된다. 만일, 고온의 배기 가스를 이용하기 위해, SCR 반응기(190)를 포함한 질소 산화물 제거 장치가 리시버(111)와 과급기 터빈(150) 사이에 삽입된다고 가정하자. 그러한 경우, SCR 반응기(190)의 용량은 매우 크기 때문에, 엔진의 부하 변동이 빈번한 경우 과급기 터빈(150)의 구동이 엔진의 부하 변동을 추종하지 못하게 된다. 따라서, 그로 인한 일시적 엔진 난조 현상이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 공간 용량이 작은 환원기 공급기(130)만 삽입되므로, 엔진의 부하 변동을 과급기 터빈(150)이 빠르게 추종할 수 있다.
이어서, 과급기 터빈(150)에 유도된 배기 가스는 과급기 터빈(150)을 통과한 후, 배기관(P2)을 따라 제 1 밸브(170a)에 도달한다. 이때, 배기 가스는 과급기 터빈(150)을 지나면서 가진 에너지의 일부를 소모하여 과급기 터빈(150)을 구동한다.
제 1 밸브(170a)는 배기 가스를 배기관들(P3, P5) 중 어느 하나로 유도한다. 실시 예로서, 제 1 밸브(170a)가 가스를 어떤 배기관으로 유도할지는 선박의 운항 모드에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 규제 해역에서, 제 1 밸브(170a)는 질소 산화물 제거를 위해 배기 가스를 배기관(P3)으로 유도한다. 반면에, 규제 해역이 아닌 곳에서, 제 1 밸브(170a)는 배기 가스를 외부로 배출하기 위해 배기관(P5)으로 유도한다.
제 1 밸브(170a)에 의해 배기관(P3)로 유도된 배기 가스는 정적 믹서(180)에 제공된다.
정적 믹서(180)는 SCR 반응기(190)의 질소 산화물 제거 효율을 향상시키기 위해 배기 가스에 포함된 환원제와 배기 가스를 혼합한다. 즉, 정적 믹서(180)는 환원제가 배기 가스 내에 균질하게 분포되도록 유도한다.
실시 예로서, 정적 믹서(180)는 배기 가스에 유동 단면 상의 선회 운동을 유도한다. 따라서, SCR 반응기(190)에 제공되는 배기 가스의 유속이 유동 단면 상에서 균일하게 되도록 유도한다.
정적 믹서(180)의 구성 및 동작에 대한 구체적인 설명은 도 6과 함께 후술될 것이다.
정적 믹서(180)를 통과한 배기 가스는 SCR 반응기(190)에 제공된다.
SCR 반응기(190)는 선택적 촉매 환원 반응에 의해 제공된 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 제거한다. 이때, 배기 가스에 포함된 환원제는 선택적 촉매 환원 반응의 환원제로서 이용된다. SCR 반응기(190)는 내부에 촉매부(191)를 포함한다.
SCR 반응기(190)의 구체적인 구성 및 동작은 당해 기술 분야에 널리 알려져 있으므로 그에 대한 설명은 생략한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 상대적으로 고온의 배기 가스가 환원제 제공에 이용되므로, 환원제 생성의 효율이 증대된다. 또한, 환원제 제공을 위해 추기된 배기 가스는 다시 과급기 터빈(150)으로 유도되므로, 과급기 터빈(150)의 동력 감소가 최소화된다. 또한, 리시버(111)와 과급기 터빈(150) 사이에 공간 용량이 작은 환원제 공급기(130)만 삽입되므로, 일시적 엔진 난조 현상이 최소화된다.
도 2는 도 1에 도시된 동압 발생기 및 환원제 공급기를 구체적인 실시 예를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 동압 발생기(140)는 동압판(141) 및 회전축(142)를 포함한다. 그리고, 환원제 공급기(130)는 유입부(135), 배출부(136) 및 외통(133)을 포함하고, 내부에 노즐(131), 선회기(132) 및 다공 내통(134)를 포함한다.
동압 발생기(140)는 배기관(P1)에 흐르는 배기 가스 중 일부를 추기하여 환원제 공급기에 제공한다. 이때, 동압판(141)은 배기관(P1)을 향해 열리게 되며, 동압판(141)의 열린 부분으로 배기 가스가 유입된다. 이처럼, 운동 에너지를 가지는 가스의 통로에 동압판(141)을 설치하면, 동압판(141)의 개구에 높은 동압이 가해진다. 그리고, 이 동압을 이용하여 배기관(P1) 내의 가스가 동압 발생기(140) 내부로 추기된다.
예를 들어, 배기관(P1)의 상류로부터 배기 가스(Mp1)가 유입되면, 이 중 일부(Mp3)가 동압판(141)에 의해 동압 발생기(140) 내부로 추기된다. 그리고, 나머지 배기 가스(Mp2)만이 배기관(P1)의 하류를 통해 배기된다.
회전축(142)은 동압판(141)을 배기관(P1)에 결합시키고, 동압판(141)이 움직일 때, 회전축으로서 동작한다. 즉, 동압판(141)은 회전축(142)을 축으로 하여, 배기관(P1)을 향해 열리거나 닫히게 된다.
한편, 이상에서는 동압 발생기(140)는 동압판(141)과 회전축(142)을 이용하여 배기관(P1)에 흐르는 배기 가스를 추기하는 구성에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 동압 발생기(140)는 배기관(P1)에 흐르는 배기 가스를 추기하여 환원제 공급기(130)에 제공하는 임의의 수단을 포함할 수 있다.
환원제 공급기(130)는 유입부(135)를 통해 동압 발생기(140)에 의해 추기된 배기 가스를 받아들인다. 그리고, 외통(133) 내에서 배기 가스와 환원제를 혼합하고, 환원제가 혼합된 배기 가스(Mp4)를 배출부(136)를 통해 배기관(P1)에 반환한다. 반환된 배기 가스는(Mp4)는 배기관(P1)에 흐르는 배기 가스(Mp1)에 합류한다.
실시 예로서, 환원제 공급기(130)는 추기된 가스의 열에너지를 이용한 열반응을 통해 초기 물질로부터 환원제를 생성할 수 있다. 이하에서는, 초기 물질(요소)로부터 환원제(암모니아)가 생성되는 경우를 예로 들어, 환원제 공급기(130)에 대해 설명한다.
노즐(131)은 초기물질 탱크(120)로부터 펌프(121)를 경유하여 요소(M2)를 얻는다. 실시 예로서, 이 경우 요소(M2)는 수용액 상태일 수 있다. 그리고, 노즐(131)은 요소(M2)를 다공 내통(134)의 내부를 향해 분사 또는 제공한다.
선회기(132)는 다공 내통(134) 내부의 공기에 선회력을 일으킨다. 이를 통해, 분사된 요소가 배기 가스와 혼합, 증발, 가열되는 속도를 향상시킨다. 선회기(132)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 5와 함께 후술될 것이다.
다공 내통(134)은 환원제 공급기(130) 내부의 일정한 영역을 둘러싸는 통 구조물이다. 다공 내통(134)은 표면에 복수의 구멍을 갖는다. 그리고, 다공 내통(134)과 환원제 공급기의 외통(133) 사이를 지나는 배기 가스는 다공 내통(134)의 구멍을 통해 다공 내통(134)의 안으로 유입된다.
한편, 노즐(131)은 다공 내통(134)의 내부로 요소를 분사하므로, 다공 내통(134)의 구멍을 통해 유입된 배기 가스는 다공 내통(134)의 내부 영역(이하, 열반응 영역)에서 분사된 요소와 만난다. 그리고, 열반응 영역에 도달한 배기 가스는 요소로부터 암모니아를 생성하는 열반응에 필요한 열에너지를 제공한다.
다공 내통(134)은 요소가 분사되는 영역을 둘러싸므로, 상대적으로 온도가 낮은 외통(133)에 요소나 부생성물(예를 들어, 사아눌산)이 접촉되는 것을 방지한다. 따라서, 요소나 부생성물이 외통(133)에 고형화되어 달라붙지 않게 된다.
또한, 다공 내통(134)의 안과 밖은 고온의 배기 가스로 둘러싸이므로, 다공 내통(134)의 온도는 배기 가스 온도와 가까운 고온으로 유지된다. 따라서, 요소나 부생성물이 다공 내통(134)과 접촉하더라도, 다공 내통(134)의 높은 온도에 의해 지속적인 열반응이 발생한다. 따라서, 다공 내통(134)에 접촉된 요소나 부생성물은 고형화되지 않고 암모니아로 변환되는 효과가 있다.
또한, 다공 내통(134)은 배기 가스가 요소로 유도되는 경로를 가이드하고, 환원제 공급기(130)의 유입부(135)부터 배출부(136)까지 배기 가스가 균일하게 다공 내통(134)의 내부로 유입되도록 한다. 그 결과, 배기 가스와 암모니아 또는 요소가 균일하게 혼합되는 것을 돕는다.
실시 예로서, 다공 내통(134)은 표면에 복수의 구멍을 가진 원통의 형태일 수 있다.
다공 내통(134)의 예시적인 형태는 도 3 및 도 4와 함께 후술될 것이다.
한편, 본 실시 예에서, 동압 발생기(140)는 배기관(P1)의 하류로부터 배기 가스를 추기하고, 환원제 공급기(130)는 추기된 가스에 환원제를 혼합하고 추기된 가스를 배기관(P1)의 상류로 반환한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 동압 발생기(140)는 배기관(P1)의 임의의 지점으로부터 배기 가스를 추기하고, 환원제 공급기(130)도 배기관(P1)의 다른 임의의 지점으로 추기된 가스를 반환할 수 있다. 예를 들어, 동압 발생기(140)는 배기관(P1)의 상류로부터 배기 가스를 추기하고, 환원제 공급기(130)는 추기된 가스에 환원제를 혼합하고 추기된 가스를 배기관(P1)의 하류로 반환할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 다공 내통의 실시 예들을 나타내는 전개도이다. 도 3을 참조하면, 다공 내통(134)은 내통면(134a) 및 복수의 원형 구멍들을 포함한다. 도 4를 참조하면, 다공 내통(134)은 내통면(134a) 및 복수의 막대형 구멍들을 포함한다.
도 3은 다공 내통(134)의 제 1 실시 예를 전개한 도면이다. 다공 내통(134)은 원통 형태일 수 있다. 원통 형태의 다공 내통(134)을 길이 방향으로 절단하여 전개하면 도 3과 같은 형태가 된다. 다공 내통(134)은 내통면(134a) 상에 복수의 구멍을 포함한다. 내통면(134a) 상의 구멍(134b)은 원형이고, 배기 가스는 구멍(134b)을 통해 다공 내통(134)의 밖에서 안으로 들어온다.
실시 예로서, 내통면(134a) 상의 복수의 구멍들은 노즐(131, 도 2 참조)로부터 멀리 위치할수록 크기가 커질 수 있다. 다공 내통(134)과 외통(133, 도 2 참조) 사이를 지나는 배기 가스는 노즐(131)이 향하는 방향으로 진행한다. 그리고, 배기 가스는 진행하면서 내통면(134a) 상의 구멍들을 통해 다공 내통(134) 내부로 유입된다. 따라서, 노즐(131)과 가까울수록 다공 내통(134)과 외통(133) 사이의 배기 가스 밀도는 높다. 따라서, 각 구멍을 향해 다공 내통(134) 내부로 유입되는 배기 가스의 양을 균일하게 하기 위해서, 노즐(131)로부터 멀리 떨어질수록 구멍의 반경은 증가될 수 있다.
도 4는 다공 내통(134)의 제 2 실시 예를 전개한 도면이다. 마찬가지로, 다공 내통(134)은 원통 형태일 수 있다. 원통 형태의 다공 내통(134)을 길이 방향으로 절단하여 전개하면 도 4와 같은 형태가 된다. 다공 내통(134)은 내통면(134a) 상에 복수의 구멍을 포함하고, 배기 가스는 구멍들을 통해 다공 내통(134)의 밖에서 안으로 들어온다.
한편, 다공 내통(134)의 제 2 실시 예에서, 내통면(134a) 상의 복수의 구멍은 막대 형태이다.
실시 예로서, 내통면(134a) 상의 복수의 구멍들은 노즐(134, 도 2 참조)로부터 멀리 위치할수록 크기가 커질 수 있다. 예를 들어, 각 구멍들(134b, 134c, 134d)은 차례로 노즐(131)로부터 더 멀리 위치한다. 이 경우, 노즐(131)과 가장 가까운 구멍(134b)는 가장 좁은 폭(w1)을 가지고, 노즐(131)과 가장 먼 구멍(134d)는 가장 넓은 폭(w3)을 가질 수 있다. 한편, 중간에 위치한 구멍(134c)는 중간 폭(w2)을 가진다.
이상에서, 다공 내통(134)의 구체적인 실시 예들에 대해 설명하였다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 본 발명의 다공 내통(134)는 도 3 및 도 4 에 도시된 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다공 내통(134)은 원통이 아니 사각통 또는 삼각통일 수 있다. 또한, 내통면(134a) 상의 구멍은 각각 다양한 모양 및 크기를 가질 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 선회기의 실시 예를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 선회기(132, 도 2 참조)는 외부 고정링(132c), 내부 고정링(132d), 복수의 날개(132a) 및 날개 사이의 통기(通氣) 공간(132b)을 포함한다.
외부 고정링(132c) 및 내부 고정링(132d)은 복수의 날개(132a)를 고정한다.
통기 공간(132b)는 선회기의 전면과 후면을 부분적으로 관통하여 가스가 통과할 수 있는 공간을 제공한다.
날개(132a)는 외부 고정링(132c) 및 내부 고정링(132d)과 결합되고, 외부 또는 내부 고정링(132c, 132d)과 일정 각도(이하 날개 각도)를 이룬다. 그리고, 날개(132a)는 가스가 통기 공간(132b)을 통과할 때, 선회 유동을 유도한다.
실시 예로서, 날개 각도(θ)는 선회기(132)로 유입되는 배기 가스의 유량 또는 요구되는 선회 운동의 강도에 따라 가변될 수 있다. 이를 위해, 선회기(132)는 별도의 각도 제어 수단(132e)을 구비할 수 있다.
한편, 도 5에서 설명하는 선회기(132)는 예시적인 것으로서, 선회기를 지나는 가스에 선회 유동을 유발하는 모든 수단은 본 발명에서 말하는 선회기에 포함될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 정적 믹서의 실시 예를 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 정적 믹서(180)는 유입부(181), 외통(182), 배출부(184) 및 외통(182) 내부에 위치한 스크류판(183)을 포함한다.
스크류판(183)의 중심(185)은 비어있는 공간이다. 실시 예로서, 중심(185)은 원기둥 형태의 비어있는 공간일 수 있다. 이때, 중심(185)은 충분한 유통 단면적 통로를 형성하도록 구성된다.
실시 예로서, 스크류판(183)의 바깥 가장 자리(또는, 외경)은 외통(182)의 내면(또는, 내경)과 맞닿을 수 있다.
유입부(181)로 유입된 배기 가스(Mk1)가 유입되면, 그중 일부(Mk2)는 중심(185)을 통과하여 진행하고, 일부(Mk3)는 스크류판(183)에 의해 저지된다. 스크류판(183)에 의해 저지된 배기 가스(Mk3)는 스크류판(183)을 따라 선회 운동을 하며 진행한다. 반면, 중심(185)을 통과하는 배기 가스(Mk2)는 스크류판(183)의 안쪽 가장자리(또는, 내경)와 직각에 가까운 각을 이루어 진행한다. 따라서, 배기 가스(Mk2)는 스크류판(183)의 배면에서 종방향의 와류(Mk4)를 일으킨다.
이처럼, 중심이 비어있는 스크류판(183)을 통과하는 배기 가스에는 종방향의 와류(Mk4) 및 횡방향의 선회 운동(Mk3)이 유도된다. 그리고, 종방향의 와류(Mk4)는 반경 반향의 물질 및 운동량의 교환을 활성화시켜, 스크류판(183)의 내측을 따라 진행하는 배기 가스와 외측을 따라 진행하는 배기 가스를 서로 교환시킨다. 이때, 스크류판(183)의 외측을 따라 진행하던 배기 가스가 내측으로 이동되면, 운동량 보존의 법칙에 의해 배기 가스는 더욱 빠른 속도로 선회한다.
그 결과, 스크류판(183)을 통과하는 배기 가스(Mk1)에는 횡방향의 선회 운동과 종방향의 와류가 복류로 형성되며, 형성된 복류에 의해 배기 가스(Mk1)는 잘 혼합되게 된다. 따라서, 배기 가스(Mk1)는 원주 방향 균질도 및 반경 방향의 균질도가 동시에 향상될 수 있다.
또한, 스크류판(183)을 지나 배출부(184)로 나가는 배기 가스(Mk5)는 강한 선회력을 갖는 난류 상태가 되므로, SCR 반응기(182, 도 1 참조)에 포함된 촉매부(191, 도 1 참조) 입구의 유속이 유동 단면 상에서 균일하게 될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 스크류판을 위에서 내려다 본 평면도이다. 도 7을 참조하면, 정적 믹서(180)에 포함된 스크류판(183)은 내부에 비어있는 중심(185)을 갖는다.
도 6에서 설명한 바와 같이, 정적 믹서(180)에 유입된 배기 가스는 일부는 중심(185)을 통과하여 직진하고, 일부는 스크류판(183)을 따라 선회하며 진행한다.
실시 예로서, 스크류판(183)의 외경 및 내경은 일정한 지름(r1, r2)를 갖는 원형일 수 있다.
실시 예로서, 스크류판(183)의 외경 지름(r1)은 외통(182, 도 6 참조)의 내경 지름과 동일할 수 있다.
실시 예로서, 스크류판(183)은 일정한 폭(l)을 갖도록 설치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 질소 산화물 제거 장치를 나타내는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 질소 산화물 제거 장치(200)는 초기 물질 탱크(240), 펌프(241), 환원제 공급기(250) 및 촉매 환원부(260)를 포함한다. 그리고, 주변 구성 요소로서 저온 엔진(210), 고온 엔진(220a, 220b, 220c) 및 복수의 밸브들(230a, 230b, 203c, 230d)이 구비된다. 한편, 고온 엔진(220a, 220b, 220c)은 복수일 수 있다.
본 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해 고온 엔진들(220a, 220b, 220c)은 4행정 사이클을 갖는 선박의 발전용 엔진이고, 저온 엔진(210)은 2행정 사이클을 갖는 선박의 추진용 엔진인 것을 가정한다. 다만, 이는 본 발명의 권리 범위를 이에 한정하려는 의도가 전혀 없이, 단순히 설명의 편의를 위해 예시한 것이다.
그리고, 도 8에 도시되지는 않았지만, 각 엔진의 배기로들(R1, R4a, R4b, R4c)은 과급기 터빈(미도시)을 통과할 수 있다.
고온 엔진(220a, 220b, 220c)으로부터 배기 가스가 배출되면 각 밸브들(230b, 230c, 230d)은 복수의 경로 중 어느 하나로 배기 가스를 선택적으로 유도한다. 예를 들어, 선박이 규제 해역을 운항중인 경우, 질소 산화물 제거를 위해 밸브들(230b, 230c, 230d)은 배기 가스를 제 1 경로(R5a, R5b, R5c)로 유도한다. 그렇지 않은 경우, 밸브들(230b, 230c, 230d)은 배기 가스를 제 2 경로(R6a, R6b, R6c)로 유도하여 외부로 배출한다.
배기 가스가 제 1 경로(R5a, R5b, R5c)로 유도되면, 각 고온 엔진(220a, 220b, 220c)으로부터 배기된 배기 가스는 배기관(R7)에서 서로 합류된다. 합류된 배기 가스는 환원제 공급기(250)에 제공된다.
환원제 공급기(250)는 환원제를 제공하고, 배기 가스에 환원제를 혼합한다. 그리고, 환원제가 혼합된 배기 가스는 환원제 공급기(250)의 배기로를 통해 배기된다.
실시 예로서, 환원제 공급기(250)는 배기 가스의 열에너지를 이용하여 환원제를 생성할 수 있다.
실시 예로서, 환원제 공급기(250)는 배기 가스의 열에너지를 이용한 열반응을 통해 초기물질로부터 환원제를 생성할 수 있다. 이 경우, 질소 산화물 제거 장치(200)는 초기물질 탱크(240)에 초기물질을 저장하고, 펌프(241)를 통해 초기물질을 환원제 공급기(250)에 제공한다.
실시 예로서, 환원제 공급기(250)가 제공하는 환원제는 암모니아이고, 초기 물질은 요소일 수 있다. 이 경우, 초기물질 탱크(240)는 요소를 저장하고, 펌프(241)를 통해 환원제 공급기(250)에 요소를 제공한다. 환원제 공급기(250)는 요소를 고온의 배기 가스를 향해 분사한다. 분사된 요소는 배기 가스의 열에너지를 이용한 열반응에 의해 암모니아로 변환된다.
이때, 고온 엔진(220a, 220b, 220c)의 배기 가스는 높은 온도를 가지므로, 과급기 터빈(미도시)을 통과한 후에도 열반응에 충분한 온도(예를 들어, 350℃ 이상)를 갖는다. 따라서, 배기 가스의 열에너지를 이용하여 요소는 암모니아로 충분히 변환되고, 부생성물(예를 들어, 뷰렛 또는 사아눌산)의 생성이 억제된다.
초기물질 탱크(240) 및 펌프(241)에 관한 구체적인 내용은 도 1에서 설명한 바와 동일하다. 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 환원제 공급기(250)에 대해서는 도 9와 함께 상세히 후술될 것이다.
한편, 환원제 공급기(250)의 배기로는 별도의 통기관(R2)과 연결된다. 통기관(R2)의 상류로부터는 저온 엔진(210)의 배기 가스(이하, 저온 배기 가스라 한다)가 유입된다. 그리고, 통기관(R2)의 하류는 촉매 환원부(260)와 연결된다.
환원제 공급기(250)의 배기로를 따라 흐르는 배기 가스는 통기관(R2)으로 진행하고, 통기관(R2)의 상류와 하류 사이에서 저온 배기 가스와 합류한다. 그리고, 합류된 배기 가스들은 촉매 환원부(260)로 제공된다.
한편, 실시 예로서, 저온 엔진(210)으로부터 배출된 저온 배기 가스는 밸브(230a)의 동작에 의해 배출관(R3) 또는 통기관(R2)으로 선택적으로 유도될 수 있다. 이때, 밸브(230a)는 선박의 운항모드를 참조하여 제어될 수 있다.
촉매 환원부(260)는 정적 믹서(262) 및 SCR 반응기(261)를 포함한다. 정적 믹서(262)는 유입된 배기 가스를 혼합하고, SCR 반응기(261)는 배기 가스에 포함된 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원 반응을 통해, 배기 가스의 질소 산화물을 제거한다.
한편, 정적 믹서(262) 및 SCR 반응기(261)에 대한 구체적인 내용은 위에서 설명한 바와 동일하다.
그리고, 질소 산화물이 제거된 배기 가스는 밸브(270)를 통해 배출구로 배기된다.
상기와 같은 구성에 따르면, 환원제 생성을 위해 고온 엔진(220a, 220b, 220c)의 배기 가스(이하, 고온 배기 가스라 한다)를 이용하므로, 환원제 생성 효율이 향상된다. 그리고, 부생성물의 생성이 억제된다.
또한, 저온 배기 가스를 고온 배기 가스와 함께 촉매 환원부(260)에 제공하므로, 저온 배기 가스의 질소 산화물 제거를 위해 고온 배기 가스에 포함된 환원제를 이용할 수 있다. 따라서, 저온 배기 가스를 이용하여 환원제를 생성할 때 발생하는 문제점(예를 들어, 부생성물 생성)이 제거된다.
또한, 저온 엔진(210)과 고온 엔진(220a, 220b, 220c)을 위해 공통의 촉매 환원부(260)를 구비하므로, 하나의 촉매 환원부(260)를 통해 복수 엔진의 배기 가스를 탈질(De-NOx)할 수 있다. 따라서, 질소 산화물 제거 장치의 설비 비용이 절감될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 환원제 공급기를 구체적인 실시 예를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 환원제 공급기(250)는 유입부(251), 외통(256), 배출부(257), 노즐(252), 노즐 홀더(253), 선회기(254) 및 다공 내통(255)을 포함한다.
외통(256), 노즐(252), 선회기(254) 및 다공 내통(255)에 대한 구체적인 내용은 위에서 설명한 바와 동일하다.
노즐 홀더(253)는 노즐(252)을 지지한다. 또한, 노즐 홀더(253)는 선회기를 지지하는데 사용될 수 있다.
유입부(251)는 배기관(R7, 도 8 참조)과 연결되어 배기 가스(Mr1)를 받아들인다. 배기 가스(Mr1) 중 일부는 선회기를 통과하여 다공 내통(255)의 내부로 유입된다. 배기 가스 중 일부(Mr2, Mr3, Mr4, Mr5)는 다공 내통(255)과 외통(256)의 사이로 진행하고, 다공 내통(255)의 구멍을 통해 다공 내통(255)의 내부로 유입된다.
다공 내통(255)의 내부로 유입된 배기 가스(Mr7)는 요소와 만나 열반응을 일으킨다. 그리고, 배기 가스(Mr7)는 열반응에 의해 생성되는 환원제와 혼합된다. 이때, 선회기(254)는 배기 가스에 선회 운동(Mr8)을 유도하여 배기 가스가 환원제의 혼합도를 향상시킨다. 환원제와 혼합된 배기 가스(Mr9)는 배출부(257)를 통해 환원제 공급기(250)의 배기로로 배기된다.
도 10은 본 발명에 따른 질소 산화물 제거 방법을 나타내는 순서도이다. 도 10을 참조하면, 질소 산화물 제거 방법은 S110 단계 내지 S160 단계를 포함한다.
S110 단계에서, 질소 산화물 제거 장치(200, 도 8 참조)는 제 1 엔진의 배기 가스를 환원제 공급기환원제 공급기조)에 제공한다. 이때, 제 1 엔진은 고온 엔진(220a , 220b, 220c, 도 8 참조)일 수 있다. 그리고, 제 1 엔진의 배기 가스(이하, 고온 배기 가스라 한다)는 높은 온도를 가지므로, 과급기 터빈을 지난 후에도 상대적으로 높은 온도(예를 들어, 환원제 생성을 위한 열반응에 적합한 온도)를 갖는다.
S120 단계에서, 질소 산화물 제거 장치(200)는 고온 배기 가스의 열에너지를 이용한 열반응을 통해 초기 물질로부터 환원제를 생성한다. 그리고, 질소 산화물 제거 장치(200)는 고온 배기 가스와 환원제를 혼합한다.
실시 예로서, 초기 물질은 요소이고, 환원제는 암모니아일 수 있다.
질소 산화물 제거 장치(200)가 환원제를 생성하는 구체적인 방법은 도 8에서 설명한 바와 동일하다.
S130 단계에서, 질소 산화물 제거 장치(200)는 제 2 엔진의 배기 가스(이하, 저온 배기 가스)를 통기관(R2, 도 8 참조)에 제공한다. 제 2 엔진은 저온 엔진(210, 도 8 참조)일 수 있다. 그리고, 질소 산화물 제거 장치(200)는 환원제가 포함된 고온 배기 가스를 통기관(R2)에 제공한다.
고온 배기 가스와 저온 배기 가스는 통기관(R2)에서 합류되고, 질소 산화물 제거 장치(200)는 합류된 배기 가스들을 촉매 환원부(260, 도 8 참조)에 제공한다. 이때, 고온 배기 가스에 포함된 환원제도 함께 촉매 환원부(260)에 제공된다.
저온 및 고온 배기 가스가 통기관(R2) 및 촉매 환원부(260)에 순차적으로 제공되는 구체적인 방법은 도 8에서 설명한 바와 동일하다.
S140 단계에서, 질소 산화물 제거 장치(200)는 정적 믹서(262, 도 8 참조)를 이용하여 고온 배기 가스, 저온 배기 가스 및 환원제를 혼합한다. 정적 믹서(262)의 구체적인 구성 및 동작은 위에서 설명한 바와 동일하다.
S150 단계에서, 질소 산화물 제거 장치(200)는 정적 믹서(262)에 의해 혼합된 배기 가스를 SCR 반응기(261, 도 8 참조)에 제공한다. 그리고, 질소 산화물 제거 장치(200)는 혼합된 배기 가스에 포함된 환원제를 이용한 선택적 촉매 환원 반응을 통해 고온 배기 가스 또는 저온 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 제거한다.
S160 단계에서, 질소 산화물 제거 장치(200)는 탈질(De-NOx)된 고온 배기 가스 또는 저온 배기 가스를 배출구를 통해 외부로 배출한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 환원제 생성을 위해 고온 배기 가스를 이용하므로, 환원제 생성 효율이 향상된다. 그리고, 부생성물의 생성이 억제된다.
또한, 저온 배기 가스를 고온 배기 가스와 함께 촉매 환원부(260)에 제공하므로, 저온 배기 가스의 질소 산화물 제거를 위해 고온 배기 가스에 포함된 환원제를 이용할 수 있다. 따라서, 저온 배기 가스를 이용하여 환원제를 생성할 때 발생하는 문제점(예를 들어, 부생성물 생성)이 제거된다.
또한, 저온 엔진(210)과 고온 엔진(220a, 220b, 220c)을 위해 공통의 촉매 환원부(260)를 구비하므로, 하나의 촉매 환원부(260)를 통해 복수 엔진의 배기 가스를 탈질(De-NOx)할 수 있다. 따라서, 질소 산화물 제거 장치의 설비 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 각 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다.
예를 들어, 본 명세서에서는 초기 물질이 요소이고 환원제가 암모니아인 경우를 예로 들었으나, 본 발명은 그외의 초기 물질 또는 환원제를 사용하는 질소 산화물 제거 장치에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 기술적 사상은 환원제를 생성하는 높은 온도를 필요로 하는 어떠한 질소 산화물 제거 장치에도 적용될 수 있다.
다른 예로서, 본 발명의 제 1 실시 예는 환원제를 배기 가스에 혼합하기 위해 배기 가스를 추기하는 어떠한 질소 산화물 제거 장치에도 응용될 수 있고, 본 발명의 범위는 여기에도 미친다.
또한, 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200 : 질소 산화물 제거 장치
110, 210 : 엔진 또는 저온 엔진 220a, 220b, 220c : 고온 엔진
111 : 리시버
120, 240 : 초기물질 탱크 121, 241 : 펌프
130, 250 : 환원제 공급기 140 : 동압 발생기
150 : 과급기 터빈 160 : 블로워
161 : 급기 냉각기 170a, 170b : 밸브
180, 262 : 정적 믹서 190, 261 : SCR 반응기
230a, 230b, 230c, 230d : 밸브 260 : 촉매 환원부
P1, R7 : 배기관 R2 : 통기관
131, 252 : 노즐 132, 254 : 선회기
133, 182, 256 : 외통 134, 255 : 다공 내통
135, 181, 251 : 유입부 136, 184, 257 : 배출부
132a : 날개 132b : 통기 공간
132c : 외부 고정링 132d : 내부 고정링
132e : 제어 수단
134a : 내통판 134b, 134c, 134d : 구멍
141 : 동압판 142 ; 회전축
183 : 스크류판 185 : 중심

Claims (15)

  1. 엔진의 배기 가스를 과급기 터빈으로 유도하는 배기관;
    상기 배기관에 흐르는 배기 가스의 일부를 추기(抽氣)하는 동압 발생기;
    상기 추기된 가스와 환원제를 혼합하여 상기 배기관에 제공하는 환원제 공급기; 및
    상기 과급기 터빈의 후단과 연결되고, 상기 환원제를 이용한 촉매 환원 반응에 의해 상기 배기 가스에 포함된 질소 산화물을 제거하는 SCR 반응기를 포함하되,
    상기 배기관에 제공된 상기 추기된 가스는 상기 배기관을 통해 상기 과급기 터빈과 상기 SCR 반응기로 순차적으로 유도되는 질소 산화물 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동압 발생기는 상기 배기 가스의 일부를 상기 배기관의 하류측으로부터 추기하고,
    상기 환원제 공급기는 상기 추기된 가스와 상기 환원제를 상기 배기관의 상류측에 제공하는 질소 산화물 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 동압 발생기는,
    상기 배기 가스의 일부를 추기하여 상기 환원제 공급기에 제공하는 동압판; 및
    상기 동압판을 상기 배기관에 결합시키는 회전축을 포함하는 질소 산화물 제거 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원제 공급기는 초기 물질을 상기 추기된 가스를 향해 분사하고, 상기 분사된 초기 물질이 상기 추기된 가스와 접촉하여 발생하는 열 반응을 통해, 상기 분사된 초기 물질로부터 상기 환원제를 생성하는 질소 산화물 제거 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 환원제 공급기는,
    열반응 영역에 상기 초기 물질을 제공하는 노즐; 및
    상기 환원제 공급기의 외통과 상기 열반응 영역 사이에 위치하고, 복수의 구멍을 갖는 다공 내통을 포함하는 질소 산화물 제거 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 초기 물질을 상기 다공 내통의 내부를 향해 분사하는 질소 산화물 제거 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 구멍은 원 또는 막대 형태인 질소 산화물 제거 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 구멍은 상기 노즐과 가까울수록 면적이 작아지는 질소 산화물 제거 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 환원제 공급기는 상기 다공 내통 내부의 공기에 선회력을 일으키는 선회기를 더 포함하는 질소 산화물 제거 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 초기 물질은 요소이고,
    상기 환원제는 암모니아 가스인 질소 산화물 제거 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 과급기 터빈의 후단과 상기 SCR 반응기 사이에 설치되어, 상기 환원제와 상기 배기 가스를 섞는 정적 믹서를 더 포함하되,
    상기 정적 믹서는,
    상기 배기 가스가 상기 정적 믹서를 통과하는 동안 상기 배기 가스에 와류를 유도하는 스크류판을 포함하는 질소 산화물 제거 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 와류는 종방향 와류 및 횡방향 선회 운동을 포함하는 복류 와류인 질소 산화물 제거 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 스크류판은 중심이 뚫린 형태인 질소 산화물 제거 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스크류판의 외경은 상기 정적 믹서의 외통의 내경과 접촉된 질소 산화물 제거 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진은 선박의 추진용 엔진인 질소 산화물 제거 장치.
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