KR101380672B1 - 배기가스 정화 시스템 및 그 운전 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스가 필요시에만 촉매를 통과할 수 있도록 함과 동시에 이러한 촉매의 선택적 공급을 위한 촉매 공급구조의 전체적인 크기를 최소화할 수 있도록 한 새로운 형태의 배기가스 정화 시스템 및 그 운전 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 환원제를 공급하는 환원제 공급장치 및 촉매가 구비되는 촉매장치를 포함하여 구성되며, 상기 촉매장치는 어느 일측으로부터 배기가스를 유입받아 다른 일측으로 배기가스를 배출하는 내부가 빈 관체로 형성되어 이루어진 촉매 하우징; 촉매가 안치되고, 선택적으로 배기가스의 유동 방향과는 수직한 방향 혹은, 수평한 방향을 향하도록 배치되면서 그 배치 방향에 따라 상기 촉매 하우징 내를 통과하는 배기가스가 상기 촉매의 안치 부위를 통과하거나 혹은, 상기 촉매의 안치 부위를 통과하지 않고 곧장 배출되도록 상기 촉매 하우징 내에 회전 가능하게 설치된 촉매틀; 상기 촉매틀이 선택적으로 회전되도록 구동력을 제공하는 구동부; 그리고, 상기 촉매틀의 사용 여부를 판단하여 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템이 제공된다.

Description

배기가스 정화 시스템 및 그 운전 제어방법{exhaust-gas purification system}
본 발명은 배기가스에 포함된 오염물질 및 이를 환원하기 위해 공급되는 환원제와 반응을 촉진시키는 촉매의 공급이 필요시에만 선택적으로 이루어질 수 있도록 하고, 이러한 촉매의 선택적 공급을 위한 촉매 공급구조의 전체적인 크기를 최소화할 수 있도록 한 새로운 형태의 배기가스 정화 시스템 및 그 운전 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 운행 중 엔진으로부터 발생되는 배기가스에는 질소산화물(NOx)와 같은 다양한 종류의 오염물질이 포함되어 있으며, 이러한 오염물질의 대기 배출은 엄격히 규제되고 있기 때문에 각 선박에는 상기한 배기가스의 정화를 위한 다양한 형태의 배기가스 정화 시스템이 구축되고 있다.
이러한 배기가스 정화 시스템은 통상 배기가스에 포함된 오염물질을 환원하기 위해 환원제를 공급하는 환원제 공급장치와, 상기 환원제가 공급된 배기가스가 촉매를 통과하도록 하여 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 촉매장치를 포함하여 구성된다.
한편, 최근에는 공개실용신안공보 제20-2013-0004157호 및 등록특허 제10-1273551호에 개시된 바와 같이 촉매장치를 이루는 촉매 하우징과는 별도의 촉매 보조하우징을 상기 촉매 하우징과 연통되도록 추가로 구비하고, 촉매가 저장되는 촉매틀은 상기 촉매 하우징 혹은, 상기 촉매 보조하우징 내에 선택적으로 이동될 수 있도록 구성함으로써 필요시에만 촉매가 공급될 수 있도록 하였다.
즉, 선박이 공해상에 있을 경우에는 배기가스가 배기가스 정화 시스템의 촉매틀을 거치지 않고 공해상으로 배출될 수 있도록 하고, 선박이 배기가스 배출의 규제를 받는 국가의 부두에 정박해 있을 경우에는 배기가스가 배기가스 정화 시스템의 촉매틀을 거쳐 정화된 후 배출될 수 있도록 한 것이다.
하지만, 전술된 선행기술은 추가적으로 제공되는 촉매 보조하우징의 크기만큼 전체적인 촉매장치의 크기 역시 커질 수밖에 없기 때문에 공간 활용도에 있어서 불리함이 있다. 즉, 촉매 보조하우징의 폭 역시 상기 촉매 하우징의 폭과 대략 동일하여야만 촉매틀의 정확한 이동에 의한 선택적인 촉매 공급이 이루어질 수 있기 때문에 한정된 공간만을 제공하는 선박 내에 상기 촉매 하우징 뿐만 아니라 촉매 보조하우징도 추가로 설치하기에는 공간 부족이 발생될 우려가 있으며, 상기 촉매 보조하우징의 추가로 인해 그만큼의 공간 활용도가 저하될 수밖에 없다는 문제점이 있는 것이다.
물론, 기존에는 별도의 바이패스 배관을 추가로 구비하여 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 정화가 필요치 않을 경우 상기 바이패스 배관으로 배기가스를 바이패스시켜 상기 배기가스가 상기 촉매 하우징을 통과하지 않도록 한 기술 역시 다양하게 제공되고 있으나, 상기한 바이패스 배관 역시 상기 촉매 하우징의 크기와 대략 동일한 크기로 형성되어야 함에 따라 공간 활용도가 낮다는 문제점을 여전히 가진다.
본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 오염물질 및 이를 환원하기 위해 공급되는 환원제와 반응을 촉진시키는 촉매의 공급이 필요시에만 선택적으로 이루어질 수 있도록 하고, 이러한 촉매의 선택적 공급을 위한 촉매 공급구조의 전체적인 크기를 최소화할 수 있도록 한 새로운 형태의 배기가스 정화 시스템 및 그 운전 제어방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 정화 시스템에 따르면 환원제를 공급하는 환원제 공급장치 및 촉매가 구비되는 촉매장치를 포함하여 구성되며, 상기 촉매장치는 어느 일측으로부터 배기가스를 유입받아 다른 일측으로 배기가스를 배출하는 내부가 빈 관체로 형성되어 이루어진 촉매 하우징; 촉매가 안치되고, 선택적으로 배기가스의 유동 방향과는 수직한 방향 혹은, 수평한 방향을 향하도록 배치되면서 그 배치 방향에 따라 상기 촉매 하우징 내를 통과하는 배기가스가 상기 촉매의 안치 부위를 통과하거나 혹은, 상기 촉매의 안치 부위를 통과하지 않고 곧장 배출되도록 상기 촉매 하우징 내에 회전 가능하게 설치된 촉매틀; 상기 촉매틀이 선택적으로 회전되도록 구동력을 제공하는 구동부; 그리고, 상기 촉매틀의 사용 여부를 판단하여 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 촉매틀은 상기 촉매 하우징 내의 배기가스 유동 방향 혹은, 상기 배기가스 유동 방향과는 수직한 방향을 따라 복수로 구비됨을 특징으로 한다.
이와 함께, 상기 각 촉매틀은 회전 동작시 서로 간섭되지 않을 정도의 거리를 갖도록 이격 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 촉매 하우징의 내벽면 혹은, 촉매틀의 외벽면 중 적어도 어느 한 부위에는 상기 촉매틀이 배기가스의 유동 방향과는 수직한 방향을 향하도록 배치될 경우 상기 촉매틀과 상기 촉매 하우징의 내벽면 사이의 틈새를 차단하기 위한 틈새 폐쇄부가 더 구비됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 촉매 하우징에는 내부 공간으로의 출입을 위한 적어도 1개소 이상의 출입구가 관통 형성됨과 더불어 상기 각 출입구에는 해당 출입구를 선택적으로 개폐하는 출입도어가 각각 구비됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동부는 구동력을 발생하여 제공하는 구동모터와, 상기 촉매틀의 어느 일측 외벽면에 구비되면서 상기 촉매 하우징의 벽면을 관통하여 외부로 노출되는 회전축과, 상기 구동모터의 모터축과 상기 촉매 하우징의 외부로 노출된 회전축을 서로 동력 전달 가능하게 연결하는 동력전달부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 촉매 하우징은 상단 및 하단이 개방된 통 형상으로 형성되면서 개방된 하단을 통해 배기가스를 제공받은 후 개방된 상단을 통해 상기 배기가스가 배출되도록 설치되며, 상기 촉매 하우징에는 상기 촉매 하우징의 개방된 하단으로부터 직하방으로 연장된 연장관 및 상기 연장관의 저부에 구비된 개폐밸브를 포함하여 이루어진 촉매 배출부가 더 구비됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 정화 시스템의 운전 제어방법은 선박의 위치 정보를 토대로 배기가스 정화 모드 및 배기가스 비정화 모드로 구분된 동작 모드를 판단하는 동작 판단단계; 상기 판단된 동작 모드가 배기가스 정화 모드일 경우 환원제 공급장치를 제어하여 배기가스에 환원제를 공급함과 더불어 구동부의 동작을 제어하여 촉매틀이 촉매 하우징 내의 배기가스 유동 방향과는 수직한 방향으로 가로막도록 배치시켜 상기 배기가스가 상기 촉매틀의 촉매를 통과하도록 하는 제1동작 제어단계; 그리고, 상기 판단된 동작 모드가 배기가스 비정화 모드일 경우 환원제 공급장치를 제어하여 환원제의 공급을 차단함과 더불어 구동부의 동작을 제어하여 촉매틀이 촉매 하우징 내의 배기가스 유동 방향과 수평한 방향을 향하도록 배치시켜 상기 배기가스가 상기 촉매틀의 촉매를 통과하지 않도록 하는 제2동작 제어단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 촉매틀에 안치된 촉매의 교체 작업 여부를 판단하는 제1과정과, 상기 판단 결과 상기 촉매의 교체 작업이 수행될 경우 배기가스가 촉매 하우징 내로 유입됨을 차단하는 제2과정과, 상기 촉매틀을 상기 제1동작 제어단계에서 위치되는 방향과는 180°뒤집히도록 제어하는 제3과정 그리고, 상기 촉매틀로부터 촉매의 배출이 완료될 경우 상기 촉매틀을 180°회전시켜 상기 촉매틀 내에 새로운 촉매를 안치하는 제4과정을 포함하는 촉매 교환단계가 더 포함되어 진행됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 배기가스 정화 시스템 및 그 제어방법은 비정화 모드로의 운전시에는 배기가스가 상기 촉매틀의 촉매를 통과하지 않도록 함에 따라 촉매의 소모량을 최소화할 수 있게 된 효과를 가진다.
특히, 본 발명의 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 촉매틀은 촉매 하우징 내에 회전 가능하게 설치되도록 구성됨으로써 촉매장치의 크기를 최소화할 수 있게 되며, 이를 통한 선박과 같은 한정된 공간 내에서의 설치시 공간 활용도를 극대화할 수 있게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치는 촉매틀에 안치된 촉매를 교체할 경우, 상기 촉매틀을 180°회전시켜 상기 촉매를 촉매 하우징의 직하방으로 낙하시킴으로써 상기 촉매 하우징의 저부에 구비된 촉매 배출부에서 회수될 수 있도록 함에 따라 더욱 편리한 촉매의 교환을 수행할 수 있게 된 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 내부 구조를 설명하기 위해 정면에서 본 상태를 나타낸 상태도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 정화 모드로 운전되는 상태를 설명하기 위해 측면에서 본 상태를 나타낸 상태도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 비정화 모드로 운전되는 상태를 설명하기 위해 측면에서 본 상태를 나타낸 상태도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 틈새 폐쇄부에 대한 설치 위치의 다른 예를 나타낸 상태도
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 촉매 하우징 형상에 따른 촉매틀의 다른 배치 예를 나타낸 상태도
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치의 촉매틀이 단 하나로만 제공될 경우의 상태를 나타낸 상태도
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템의 운전 제어 과정을 설명하기 위해 나타낸 순서도
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템에 촉매 배출부가 더 구비된 상태를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템의 촉매 교환시 촉매틀의 상태를 설명하기 위해 나타낸 상태도
이하, 본 발명의 배기가스 정화 시스템 및 그 운전 제어방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 상태도이다.
이에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템은 환원제 공급장치(100) 및 촉매장치(200)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 환원제 공급장치(100)는 엔진(300)에서 발생되어 배출되는 배기가스에 환원제를 공급하는 장치로써, 환원제가 저장되는 환원제 저장부(110)와, 상기 환원제를 펌핑하는 전달펌프(120)와, 상기 환원제의 공급량을 조절하는 도징부(130) 및 상기 환원제를 배기가스 유동관(410) 내로 분사하는 인젝션부(140)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 환원제는 질소산화물의 환원을 위한 물질로써 예컨대, 우레아(Urea;요소수)(NH3)로 이루어진다.
도면 부호 500번은 가열장치로써, 배기가스 유동관(410)을 따라 유동되는 배기가스의 온도가 충분한 화학 반응이 이루어질 수 있을 정도의 반응 온도를 이루도록 하는 역할을 한다.
그리고, 상기 촉매장치(200)는 상기 환원제가 공급된 배기가스를 제공받아 촉매로써 상기 배기가스 내의 오염 물질과 환원제 사이의 반응을 촉진시켜 정화하는 장치이다.
본 발명의 실시예에 따른 촉매장치(200)는 크게 촉매 하우징(210)과, 촉매틀(220), 구동부(230) 및 제어부(도시는 생략됨)를 포함하여 구성되며, 특히 상기 촉매틀(220)에 안치되는 촉매는 필요시에만 배기가스가 통과될 수 있도록 하면서도 상기 촉매장치(200)의 전체적인 크기는 최소화될 수 있도록 함과 더불어 촉매의 교환시 그 배출 작업이 쉽고 간편하게 이루어질 수 있도록 함을 특징으로 제시한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 촉매장치(200)에 대하여 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 상기 촉매 하우징(210)은 엔진(300)으로부터 배출되는 배기가스가 통과하도록 이루어진 구성으로써, 양단이 개방되고 내부가 빈 사각형의 관체로 형성됨을 그 예로 한다.
여기서, 상기 촉매 하우징(210)의 개방된 일단은 상기 엔진(300)으로부터 배출된 배기가스의 유동을 안내하는 배기가스 유동관(410)에 연결되고, 상기 촉매 하우징(210)의 개방된 타단에는 상기 배기가스의 배출을 안내하는 배기관(420)이 연결된다.
이와 함께, 상기 촉매 하우징(210)의 개방된 양단 부위는 상기 촉매 하우징(210)의 내측 부위로 갈수록 점차 확장되는 구조로 형성된다.
또한, 상기 촉매 하우징(210)에는 내부 공간으로의 출입을 위한 적어도 1개소 이상의 출입구(211)가 관통 형성됨과 더불어 상기 각 출입구(211)에는 해당 출입구(211)를 선택적으로 개폐하는 출입도어(212)가 각각 구비된다. 즉, 상기 촉매 하우징(210) 내에 구비되는 촉매틀(220)의 촉매 교체와 같은 유지 보수시에나 촉매 하우징(210) 내의 청소시 해당 작업을 위한 작업자의 출입이 가능하도록 한 것이다.
다음으로, 상기 촉매틀(220)은 촉매(221)가 안치되는 부위이다. 이때, 상기 촉매(221)는 배기가스 내의 질소산화물과 환원제 사이의 반응을 촉진시키는 물질이다.
상기 촉매틀(220)은 상기한 촉매(221)가 안치되면서 배기가스의 통과가 가능한 사각의 틀로 형성되며, 상기 촉매 하우징(210) 내에 구비된다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 촉매틀(220)의 양측 벽면에 회전축(222)을 각각 형성하고, 상기 회전축(222)은 상기 촉매 하우징(210)에 회전 가능하게 설치되도록 구성함으로써, 배기가스의 유동 방향과는 수직한 방향 혹은, 수평한 방향을 향하여 선택적으로 배치될 수 있도록 함을 특징으로 제시한다.
즉, 배기가스의 정화를 위한 정화 모드로 운전될 때에는 상기 촉매틀(220)이 배기가스 유동 방향과 수직한 방향을 향하도록 함으로써 상기 촉매 하우징(210) 내를 통과하는 배기가스가 상기 촉매틀(220)에 안치된 촉매(221)를 통과할 수 있도록 하고, 만일 배기가스를 정화하지 않고 배출하는 비정화 모드로 운전될 때에는 상기 촉매틀(220)이 배기가스 유동 방향과 수평한 방향(배기가스 유동 방향과 동일한 방향)을 향하도록 함으로써 상기 촉매 하우징(210) 내를 통과하는 배기가스가 상기 촉매틀(220)에 안치된 촉매(221)를 통과하지 않고 곧장 배기관(420)으로 배출될 수 있도록 한 것이다.
상기한 촉매틀(220)의 회전 가능하게 설치된 구조는 상기 촉매틀(220)이 촉매 하우징(210)의 외측 방향을 향해 돌출되는 구조가 아닌 상기 촉매 하우징(210) 내에서만 동작되는 구조로 개선함으로써 상기 촉매틀(220)이 촉매 하우징(210)의 외측 방향을 향해 돌출되도록 구성한 종래의 구조나 바이패스 배관을 구비한 종래의 구조에 비해 전체적인 장치의 크기를 최소화할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 촉매틀(220)이 복수로 제공됨을 제시하며, 이에 대하여는 첨부된 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같다. 즉, 상기 촉매틀(220)을 촉매 하우징(210) 내의 배기가스 유동 방향을 따라 복수로 구성함으로써 배기가스 내의 질소산화물에 대한 정화가 최대한 완전히 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이와 함께, 상기와 같이 촉매틀(220)을 복수로 구성할 경우 상기 각 촉매틀(220)은 회전 동작시 서로 간섭되지 않을 정도의 거리를 갖도록 이격 설치되어야 하며, 상기 각 촉매틀(220)은 서로 반대 방향으로 회전되도록 구성함으로써 서로 간의 이격 거리가 최소화될 수 있도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 촉매 하우징(210)의 내벽면에는 상기 촉매틀(220)이 배기가스의 유동 방향과는 수직한 방향을 향하도록 배치될 경우 상기 촉매틀(220)의 둘레벽면과 상기 촉매 하우징(210)의 내벽면 사이의 틈새를 차단함과 더불어 촉매틀(220)의 과도한 회전됨을 차단하기 위한 틈새 폐쇄부(240)가 더 구비됨이 바람직하다.
물론, 상기 틈새 폐쇄부(240)는 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이 상기 촉매틀(220)의 둘레벽면에 구비될 수도 있다.
한편, 상기 각 촉매틀(220)의 배치 구조는 전술된 실시예로만 한정되지는 않는다. 예컨대, 촉매 하우징(210)이 첨부된 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 높이는 낮고 폭이 큰 구조일 경우라면 상기 촉매틀(220)은 상기 촉매 하우징(210) 내에 배기가스의 유동 방향과는 수직한 방향을 따라 복수로 구비되도록 함이 바람직하다.
물론, 상기 촉매틀(220)은 첨부된 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 하나로만 구성할 수도 있다.
이러한 촉매틀(220)의 수량 및 배치 구조는 촉매 하우징(210)의 형상이나 크기에 따라 적절히 설계된다.
다음으로, 상기 구동부(230)는 상기 촉매틀(220)이 선택적으로 회전되도록 구동력을 제공하는 부위이다.
본 발명의 실시예에서는 상기한 구동부(230)가 구동력을 발생하여 제공하는 구동모터(231)와, 상기 구동모터(231)의 구동력을 촉매틀(220)의 회전축(222)으로 전달하는 동력전달부재(232)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 동력전달부재(232)는 체인(232a)이나 벨트 혹은, 기어(232b) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있으며, 전술된 촉매틀(220)의 설명에서와 같이 각 촉매틀(220)이 서로 반대 방향으로 회전되도록 구성할 경우 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이 상기 동력전달부재(232)는 각 촉매틀(220)의 회전축(222)을 체인(232a)이나 벨트로써 동력 전달이 이루어지도록 구성함과 더불어 어느 한 촉매틀(220)의 회전축(220)과 상기 구동모터(231)는 기어(232b)로써 동력 전달이 이루어지도록 구성함이 바람직하다. 물론, 도시되지는 않았지만 각 촉매틀(220)의 회전축(222)은 서로 기어(232b)로써 동력 전달이 이루어지도록 구성함과 더불어 어느 한 촉매틀(220)의 회전축(222)과 상기 구동모터(231)는 체인(232b)이나 벨트로써 동력 전달이 이루어지도록 구성함이 바람직하다.
물론, 상기 구동부(230)는 상기 촉매틀(220)의 회전을 위한 구조라면 어떠한 것이든 상관없다. 예컨대 상기 촉매틀(220)의 회전축(222)에 구동모터(231)를 직결하여 구성할 수도 있고, 상기 구동모터(232) 대신 실린더(도시는 생략됨)를 이용하여 구성할 수도 있는 것이다.
다음으로, 상기 제어부는 상기 촉매틀(220)의 사용 여부를 판단하여 상기 구동부(230)를 이루는 구동모터(231)의 구동을 제어하는 부위로써, 배기정화 시스템만의 동작 제어를 위한 장치로 이루어질 수도 있을 뿐 아니라 해당 선박의 전체 운항을 통제하는 장치로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 촉매틀(220)의 사용 여부에 대한 판단은 배기가스 정화시스템이 구비된 선박의 위치 정보를 토대로 수행됨을 그 예로 한다. 즉, 상기 선박의 위치 정보를 토대로 해당 선박이 공해상에 있을 경우 배기가스가 각 촉매틀(220)을 거치지 않도록 상기 구동모터(231)의 구동을 제어하고, 해당 선박이 배기가스 배출의 규제를 받는 국가의 영해에 진입하거나 부두에 정박해 있을 경우에는 배기가스가 각 촉매틀(220)을 거치도록 상기 구동모터(231)의 구동을 제어하는 것이다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템의 제어 과정에 대하여 첨부된 도 11을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
우선, 선박이 운항중일 경우에는 이 선박의 엔진(300) 구동에 의해 배기가스가 발생되고, 이렇게 발생된 배기가스는 배기가스 유동관(410)을 통해 촉매장치(200)를 이루는 촉매 하우징(210) 내로 제공되며, 계속해서 상기 촉매 하우징(210) 내부를 통과한 후 상기 촉매 하우징(210)에 연결된 배기관을 통해 대기로 배기된다.
한편, 상기와 같은 배기가스의 배기가 진행되는 도중 제어부는 선박의 위치 정보를 토대로 배기가스 정화 모드 및 배기가스 비정화 모드로 구분된 동작 모드를 판단한다.
즉, 제어부는 해당 선박에 구비된 GPS장치를 통해 선박의 현재 위치를 확인(S110)하고, 이렇게 확인된 선박의 위치 정보를 토대로 해당 선박의 현재 위치가 배기가스 규제를 받는 영해인지를 확인(S120)하여, 이를 통해 현재 위치가 해당 선박이 배기가스 배출의 규제를 받는 영해에 있을 경우에는 정화 모드(S130)로 판단하고, 배기가스 규제를 받지 않는 공해상에 있을 경우에는 비정화 모드로 판단(S150)하며, 이렇게 판단된 동작 모드에 따라 환원제 공급장치(100)의 전달펌프(120) 및 촉매장치(200)의 구동모터(231)에 대한 동작을 각각 달리 제어하게 된다.
예컨대, 상기 판단된 동작 모드가 배기가스 정화 모드로 판단될 경우 상기 제어부는 전달펌프(120)를 구동시켜 환원제 저장부(110)에 저장된 환원제를 상기 배기가스 유동관(410) 내로 공급하고, 이와 동시에 상기 구동모터(231)의 동작 제어를 수행하여 촉매틀(220)이 촉매 하우징(210) 내의 배기가스 유동 방향과는 수직한 방향으로 가로막도록 배치시켜 상기 배기가스가 상기 촉매틀(220)의 촉매를 통과하도록 제어(S140)하게 되는 것이다.
따라서, 상기 배기가스 내에 포함된 질소산화물은 상기 촉매틀(220)에 안치된 촉매를 통과하면서 화학적 반응이 이루어져 질소(N2) 및 수증기(H2O)로 화학분리되어 실질적인 정화가 이루어지게 된다.
반면, 상기 판단된 동작 모드가 배기가스 비정화 모드로 판단될 경우 상기 제어부는 전달펌프(120)의 구동을 정지시켜 환원제 저장부(110)에 저장된 환원제가 상기 배기가스 유동관(410) 내로 공급되지 않도록 하고, 이와 동시에 상기 구동모터(231)의 동작 제어를 수행하여 촉매틀(220)이 촉매 하우징(210) 내의 배기가스 유동 방향과 수평한 방향을 향하도록 배치시켜 상기 배기가스가 상기 촉매틀(220)의 촉매를 통과하지 않도록 제어(S160)하게 되는 것이다.
따라서, 상기 배기가스는 별도의 정화가 이루어지지 않은 상태로 촉매 하우징(210)에 연결된 배기관(420)을 통해 대기로 방출되며, 상기 촉매틀(220)에 안치된 촉매는 그 사용이 이루어지지 않음으로써 소모량이 최소화될 수 있게 된다.
결국, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템은 비정화 모드로의 운전시에는 배기가스가 상기 촉매틀(220)의 촉매를 통과하지 않도록 함에 따라 촉매의 소모량을 최소화할 수 있게 된다.
특히, 배기가스 정화 시스템을 이루는 촉매장치(200)의 촉매틀(220)은 촉매 하우징(210) 내에 회전 가능하게 설치되도록 구성됨으로써 촉매장치(200)의 크기를 최소화할 수 있게 되며, 이를 통한 선박과 같은 한정된 공간 내에서의 설치시 공간 활용도를 극대화할 수 있게 된다.
한편, 전술된 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템의 촉매장치(200)는 촉매 하우징(210)에 출입구(211) 및 출입도어(212)가 형성되어 있기 때문에 작업자가 상기 출입구(211)를 통해 상기 촉매 하우징(210) 내의 촉매틀(220)에 안치된 촉매(221)를 수작업으로써 교환할 수 있지만, 이러한 촉매(221)의 교환시 상기 촉매틀(220)에 안치된 촉매(221)를 촉매 하우징(210)의 출입구(211)를 통해 외부로 배출하기 위해서는 많은 어려움이 있을 뿐 아니라 작업 시간 역시 오래 걸린다.
이에 따라, 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템의 촉매장치(200)에서는 촉매(221)의 배출을 위한 작업이 쉽고 빠르게 진행될 수 있도록 첨부된 도 12에 도시된 바와 같이 촉매 배출부(600)가 더 포함되어 구성됨을 추가로 제시한다.
여기서, 상기 촉매 배출부(600)는 촉매 하우징(210) 내의 촉매틀(220)에 안치된 촉매(221)의 교환시 상기 촉매(221)가 스스로 배출될 수 있도록 한 구성으로써, 상기 촉매 하우징(210)의 개방된 일단인 배기가스 유동관(410)이 연결되는 저면으로부터 직하방으로 연장된 연장관(610)과, 상기 연장관(610)의 관로 상에 위치되어 해당 관로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브(620)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 배기가스 유동관(410)은 상기 연장관(610)의 어느 한 부위의 둘레면에 연통되도록 연결된다.
따라서, 전술된 촉매 배출부(600)의 추가적 제공에 의해 촉매(221)의 교환 작업은 쉽고 빠르게 이루어질 수 있게 되며, 이러한 촉매(221)의 교환 작업은 사용자의 필요에 따른 동작 제어에 의해 수행된다.
즉, 촉매틀(220)에 안치된 촉매(221)를 새로운 촉매로 교환하기 위한 동작 제어가 이루어질 경우 배기가스가 촉매 하우징(210) 내로 유입됨을 차단함과 더불어 첨부된 도 13에 도시된 바와 같이 촉매틀(220)이 상기 배기가스 정화 모드에서 위치되는 방향과는 180°뒤집히도록 구동부(230)를 제어함으로써 상기 촉매틀(220) 내의 촉매(221)가 자중에 의해 스스로 낙하하면서 연장관(610)을 통해 배출될 수 있는 것이다. 이때, 상기 촉매(221)는 그 자중에 의해 촉매 하우징(210)의 저부인 연장관(610) 내로 낙하된 후 개폐밸브(620)의 선택적 조작을 통해 회수될 수 있게 된다.
물론, 상기 촉매틀(220)로부터 촉매(221)의 배출이 완료될 경우에는 상기 촉매틀(220)을 추가로(혹은, 역방향으로) 180°회전시킨 후 상기 촉매틀(220) 내에 새로운 촉매(221)를 안치함으로써 촉매의 교환 작업이 완료된다.
이렇듯, 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템의 촉매장치(200)는 다양한 형태로의 변경 및 개선이 가능한 유용한 발명이라 할 수 있다.
100. 환원제 공급장치 110. 환원제 저장부
120. 전달펌프 130. 도징부
140. 인젝션부 200. 촉매장치
210. 촉매 하우징 211. 출입구
212. 출입도어 220. 촉매틀
221. 촉매 222. 회전축
230. 구동부 231. 구동모터
232. 동력전달부재 240. 틈새 폐쇄부
300. 엔진 410. 배기가스 유동관
420. 배기관 500. 가열장치
600. 촉매 배출부 610. 연장관
620. 개폐밸브

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  8. 선박의 위치 정보를 토대로 배기가스 정화 모드 및 배기가스 비정화 모드로 구분된 동작 모드를 판단하는 동작 판단단계;
    상기 판단된 동작 모드가 배기가스 정화 모드일 경우 환원제 공급장치를 제어하여 배기가스에 환원제를 공급함과 더불어 구동부의 동작을 제어하여 촉매틀이 촉매 하우징 내의 배기가스 유동 방향과는 수직한 방향으로 가로막도록 배치시켜 상기 배기가스가 상기 촉매틀의 촉매를 통과하도록 하는 제1동작 제어단계;
    상기 판단된 동작 모드가 배기가스 비정화 모드일 경우 환원제 공급장치를 제어하여 환원제의 공급을 차단함과 더불어 구동부의 동작을 제어하여 촉매틀이 촉매 하우징 내의 배기가스 유동 방향과 수평한 방향을 향하도록 배치시켜 상기 배기가스가 상기 촉매틀의 촉매를 통과하지 않도록 하는 제2동작 제어단계;
    상기 촉매틀에 안치된 촉매의 교체 작업 여부를 판단하는 제1과정과, 상기 판단 결과 상기 촉매의 교체 작업이 수행될 경우 배기가스가 촉매 하우징 내로 유입됨을 차단하는 제2과정과, 상기 촉매틀을 상기 제1동작 제어단계에서 위치되는 방향과는 180°뒤집히도록 제어하는 제3과정 그리고, 상기 촉매틀로부터 촉매의 배출이 완료될 경우 상기 촉매틀을 180°회전시켜 상기 촉매틀 내에 새로운 촉매를 안치하는 제4과정을 포함하는 촉매 교환단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템의 운전 제어방법.
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