KR101505578B1 - 배기가스 유해물질 저감시스템 - Google Patents

배기가스 유해물질 저감시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 석회공급노즐이 상부에 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템은, 내부에 석회가 수용되는 석회탱크, 내부에 요소가 수용되는 요소탱크, 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 또는 질산화물을 제거하는 하나 이상의 필터가 구비되고, 배기가스 유입부와 연결된 내부하우징과, 상기 내부하우징과 이격되어 위치하고, 배기가스 유출부와 연결된 외부하우징을 포함하는 필터부, 상기 요소탱크 내에 수용된 요소를 상기 배기가스 유입부에 공급하는 요소공급부 및 상기 석회탱크 내에 수용된 석회를 상기 외부하우징에 공급하는 석회공급부를 포함한다.

Description

배기가스 유해물질 저감시스템{Toxic Substance Reduction System of Treating Exhaust Gas}
본 발명은 엔진에서 발생된 배기가스의 유해물질을 저감시키는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분진, 황산화물 및 질산화물을 동시에 저감시킬 수 있는 저감시스템에 관한 것이다.
최근 선박의 엔진에서 발생되는 배기가스의 오염물질에 대한 환경규제가 점차 강화되고 있으며, 이에 따라 다양한 엔진 배기가스 후처리 기술 및 장치가 개발 및 적용되고 있다.
2016년부터 발효되는 티어(Tier) III의 경우 현재의 티어 II 대비 질산화물(NOx)을 80%이상 줄여야 하며, 2013년부터 온실가스인 이산화탄소가 EEDI(Energy Efficiency Design Index)와 연계되어 규제의 적용 대상이 된다.
또한 황산화물(SOx)에 대한 규제도 점차 강화되는 추세에 있으며, 분진(Particulate Matter, PM)은 현재 규제대상은 아니지만, 이 역시 규제에 대한 논의가 진행되고 있어, 빠른 시일 내에 규제 대상에 포함될 가능성이 있다.
질소산화물 저감을 위한 대표적인 후처리 장치로는 SCR(Selective Catalytic Reduction)장치가 있으며, 현재 티어 III의 유일한 대안으로 평가되고 있다. 그리고 현재는 메인 엔진에의 적용을 위한 저온촉매 기술의 개발이 진행 중이다.
한편 전술한 바와 같이 황산화물에 대한 규제도 점차 강화되는 추세에 있으며, 황산화물 배출을 줄이기 위한 방법은 크게 두 가지로 나뉘어질 수 있다.
첫째는 황산화물을 화학적으로 후처리하는 방법으로 석회(Lme)를 이용한 반건식 방법 또는 수산화나트륨(NaOH)를 이용하는 습식방식이며, 두 번째 방법은 연료 자체를 저유황 연료로 사용하는 방식이다. 최근에는 ECA(Emission Control Area)에서 저유황 연료를 사용하는 방식이 널리 사용되고 있다.
분진(PM)의 경우 자동차에서 이미 개발된 DPF(Diesel Particulate Filter)기술이 널리 쓰이고 있다. 이는 DPF에 분진이 여과되어 쌓이게 되고, 이후 일정량이 쌓인 후 연소를 통해 분진을 제거하는 방식이다.
이와 같이 질산화물, 황산화물, 분진에 대한 각각의 후처리장치가 존재하고 있으나, 이러한 각각의 장치를 별도로 선박에 적용할 경우 설비를 구축하기 위한 비용 문제, 설치공간에 대한 문제 및 압력손실에 대한 문제로 인해 큰 부담이 따르게 된다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-0780609호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 설비 설치에 따른 비용이 저렴하며, 점유하는 부피가 적고 효율적인 유해물질 저감시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 석회공급부를 포함하는 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템은, 내부에 석회가 수용되는 석회탱크, 내부에 요소가 수용되는 요소탱크, 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 또는 질산화물을 제거하는 하나 이상의 필터가 구비되고, 배기가스 유입부와 연결된 내부하우징과, 상기 내부하우징과 이격되어 위치하고, 배기가스 유출부와 연결된 외부하우징을 포함하는 필터부, 상기 요소탱크 내에 수용된 요소를 상기 배기가스 유입부에 공급하는 요소공급부 및 상기 석회탱크 내에 수용된 석회를 상기 외부하우징에 공급하는 석회공급부를 포함한다.
그리고 상기 필터는 상기 내부하우징의 적어도 일면에 위치할 수 있다.
또한 상기 석회공급부는 상기 내부하우징의 일측에 위치할 수 있다.
그리고 상기 석회공급부는 상기 내부하우징의 일면 및 이와 마주하는 타면 사이의 거리와 나란하게 연장될 수 있다.
또한 상기 배기가스 유입부에는 상기 필터로부터 분리된 집진물을 배출하는 제1호퍼가 구비될 수 있다.
그리고 상기 외부하우징에는 석회에 의해 배기가스로부터 제거된 황산화물을 배출하는 제2호퍼가 구비될 수 있다.
또한 상기 배기가스 유출부에는, 상기 배기가스의 황산화물 농도를 감지하는 황산화물감지센서와, 상기 배기가스의 질산화물 농도를 감지하는 질산화물감지센서가 구비될 수 있다.
그리고 상기 황산화물감지센서의 센싱 정보에 의해 상기 석회공급부의 석회 공급량이 조절되고, 상기 질산화물감지센서의 센싱 정보에 의해 상기 요소공급부의 요소 공급량이 조절될 수 있다.
또한 상기 필터 표면에 잔류하는 집진물을 제거하는 진동유닛 또는 압축공기분사유닛을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 배기가스 유입부 및 상기 필터부 중 적어도 어느 일측에 위치하고, 상기 배기가스를 승온시키는 히팅유닛을 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 석회공급부를 포함하는 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 적은 비용으로 배기가스에 포함된 유해물질을 효율적으로 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 설비 시 소요되는 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
셋째, 설비가 점유하는 부피가 작다는 장점이 있다.
넷째, 필터부에서 황피독에 의한 눈막힘 현상이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
다섯째, 이중 구조의 필터부의 상부에서 석회를 분사하므로, 합리적으로 유해물질을 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 요소를 분사하는 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 필터부 내에 구비된 세라믹 필터의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 배기가스가 필터를 통과하여 상부로 유동되는 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 상부로부터 석회를 분사하는 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 요소를 분사하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 석회탱크(300)와, 요소탱크(200)와, 석회공급부(320)와, 요소공급부(220)와, 필터부(100)를 포함한다.
석회탱크(300)는 내부에 석회가 수용되며, 이는 생석회(CaO) 또는 소석회(Ca(OH)2) 중 어떤 것이라도 무방하다.
석회공급부(320)는 후술할 내부하우징(130)의 일측에 위치될 수 있으며, 본 실시예에서 상기 석회공급부(320)는 상기 석회탱크(300) 내에 수용된 석회를 유동시키는 석회유로(310)로부터 석회를 전달받아 분사할 수 있다.
또한 본 실시예의 경우, 석회공급부(320)는 내부하우징(130)의 일면 및 이와 마주하는 타면 사이의 거리와 나란하게 연장되나, 이와 달리 석회공급부(320)의 형상은 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
이에 따라 석회는 필터부(100)의 내부하우징(110)으로부터 외부하우징(120)으로 유동되는 배기가스에 포함된 황산화물(SOx)을 저감시킬 수 있다. 이는 일반적으로 당업자에게 자명한 사항이므로, 본 반응에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
요소탱크(200)의 내부에는 요소가 수용되며, 상기 요소공급부(220)는 상기 요소를 배기가스 유입부(10a)에 공급하도록 구비될 수있다.
본 실시예에서 상기 요소공급부(220)는 상기 요소탱크(200) 내에 수용된 요소를 유동시키는 요소유로(210)로부터 요소를 전달받아 분사할 수 있다.
이와 같이 요소공급노즐(220)로부터 분사된 요소는 배기가스에 혼합되어 필터(110) 측으로 유동된다.
또한 본 실시예의 경우, 요소공급부(220)는 하나가 구비되나, 이와 달리 요소공급부(220)의 개수는 복수 개가 형성될 수 있음은 물론이다.
한편 도시되지는 않았으나, 본 실시예에서 상기 배기가스 유출부(10b)에는, 상기 유출경로(10b)에 유동되는 배기가스의 황산화물 농도를 감지하는 황산화물감지센서와, 상기 유출경로(10b)에 유동되는 배기가스의 질산화물 농도를 감지하는 질산화물감지센서가 구비될 수 있다.
이때 상기 황산화물감지센서의 센싱 정보에 의해 상기 석회공급부(320)의 석회 공급량이 조절되고, 상기 질산화물감지센서의 센싱 정보에 의해 상기 요소공급부(220)의 요소 공급량이 조절될 수 있다.
추가적으로, 본 실시예는 상기 배기가스 유입부(10a) 및 상기 필터부(100) 중 적어도 어느 일측에 위치되며, 배기가스를 승온시키는 히팅유닛을 더 포함할 수 있다. SCR(Selective Catalytic Redection) 시스템의 경우 일반적으로 발생하는 배기가스의 온도 수준인 280~510℃에서 반응이 일어나기는 하나, 유동되는 배기가스의 온도가 충분치 못할 경우 상기 히팅유닛으로 배기가스를 승온시킬 수 있도록 할 수 있다.
필터부(100)는 내부하우징(130)과 외부하우징(120)을 포함한다. 구체적으로 내부하우징(130)은 배기가스 유입부(10a)와 연결되고, 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 또는 질산화물을 제거하는 하나 이상의 필터(110)가 구비된다. 그리고 상기 필터(110)는 세라믹필터일 수 있다.
본 실시예의 경우 내부하우징(130)은 상면이 차폐되며, 측면에 하나 이상의 필터(110)가 구비될 수 있다.
그리고 외부하우징(120)은 상기 내부하우징(130)과 이격되어 위치하고, 배기가스 유출부(10a)와 연결된다.
즉 필터부(110)는 이중 구조를 형성하며, 배기가스 유입부(10a)에서 요소분사부(220)에 의해 요소와 혼합된 배기가스가 유입될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 필터부 내에 구비된 필터(110)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 필터(110)는 상기 내부하우징(130)의 둘레에 걸쳐 구비된다. 그리고 필터(110)는 배기가스에 포함된 분진 또는 질산화물을 저감시킬 수 있다.
구체적으로, 분진은 필터(110)의 표층에서 집진되며, 필터(110)의 내측에서는 요소와 충분히 혼합된 질산화물이 필터(110)에 코팅 또는 담지된 촉매에 의해 반응이 활성화되어 제거된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 배기가스가 필터(110)를 통과하여 상부로 유동되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템에 있어서, 상부로부터 석회를 분사하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배기가스 유입부(10a)에서 요소와 혼합된 배기가스는 내부하우징(130)의 측면을 통해 외부하우징(120) 측으로 유동되고, 이 과정에서 필터(110)를 통과하며 분진 및 질산화물이 제거된다.
이후 외부하우징(120) 내로 유동된 배기가스에 상부로부터 석회공급부(320)가 석회를 분사하며, 이에 따라 황산화물이 제거된 배기가스는 배기가스 유출부(10b)를 통해 외부로 유동된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 이중 구조의 필터부(100)의 상부에서 석회를 분사하므로, 합리적으로 유해물질을 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전체적으로 모든 구성이 전술한 제1실시예의 경우와 동일하게 형성된다.
다만, 본 실시예에서 필터부(100)에는 상기 필터 표면에 발생된 집진물을 제거하는 집진물 제거수단이 구비되며, 이는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 집진물 제거수단은 진동유닛 형태로 구비되어 진동에 의해 집진물을 제거할 수도 있으며, 압축공기분사유닛 형태로 구비되어 집진물을 제거할 수도 있는 등 다양한 방법이 사용될 수 있다. 또는 전기집진장치가 사용될 수도 있다. 그리고 본 실시예에서 상기 집진물 제거수단은 진동유닛 형태로 형성된다.
이에 따라 필터(110)로부터 분리된 집진물은 배기가스 유입부(10a)에 형성된 제1호퍼(50)를 통해 외부로 배출되며, 본 실시예의 경우 제1호퍼(50)는 필터부(100)의 직하에 구비된다.
그리고 본 실시예에서 외부하우징(120)에는 석회공급부(320)로부터 배출된 석회에 의해 배기가스로부터 제거된 황산화물을 배출하는 제2호퍼(60)가 구비된다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전체적으로 모든 구성이 전술한 제1실시예의 경우와 동일하게 형성된다.
다만, 본 실시예에서 상기 석회공급부(320a, 320b)는 복수 개가 구비되는 것이 제1실시예와 다르다. 구체적으로 본 실시예의 경우 석회공급부(320a, 320b)는 한 쌍이 구비되며, 상하 2열로 배치된다. 그리고 석회유로(310a, 310b)는 각 석회공급부(320a, 320b)로 연결되도록 분지된 형태를 가진다. 이에 따라 황산화물 저감률을 보다 증가시킬 수 있다.
그리고 본 실시예에서 상기 석회공급부(320a, 320b)는 한 쌍이 구비되었으나, 그 이상이 구비될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10a: 배기가스 유입부 10b: 배기가스 유출부
50: 제1호퍼 60: 제2호퍼
100: 필터부 110: 필터
120: 외부하우징 130: 내부하우징
200: 요소탱크 210: 요소유로
220: 요소공급부 300: 석회탱크
310: 석회유로 320: 석회공급부

Claims (10)

  1. 내부에 석회가 수용되는 석회탱크;
    내부에 요소가 수용되는 요소탱크;
    배기가스 유입부와 연결된 내부하우징과, 상기 내부하우징의 일부를 둘러싸는 형태로 상기 내부하우징과 이격되어 위치하고, 배기가스 유출부와 연결된 외부하우징과, 상기 외부하우징에 의해 둘러싸인 내부하우징의 측면에 설치되고, 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 또는 질산화물을 제거하는 하나 이상의 세라믹필터를 포함하며, 상기 내부하우징으로부터 유동된 배기가스가 상기 세라믹필터를 통과하여 상기 외부하우징으로 유동되도록 하는 필터부;
    상기 요소탱크 내에 수용된 요소를 상기 배기가스 유입부에 공급하는 요소공급부; 및
    상기 석회탱크 내에 수용된 석회를 상기 세라믹필터를 통과한 배기가스에 공급하는 석회공급부; 를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석회공급부는 상기 내부하우징의 일측에 위치하는 배기가스 유해물질 저감시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 석회공급부는 상기 내부하우징의 일면 및 이와 마주하는 타면 사이의 거리와 나란하게 연장되는 배기가스 유해물질 저감시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 유입부에는 상기 필터로부터 분리된 집진물을 배출하는 제1호퍼가 구비된 배기가스 유해물질 저감시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외부하우징에는 석회에 의해 배기가스로부터 제거된 황산화물을 배출하는 제2호퍼가 구비된 배기가스 유해물질 저감시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 유출부에는,
    상기 배기가스의 황산화물 농도를 감지하는 황산화물감지센서와,
    상기 배기가스의 질산화물 농도를 감지하는 질산화물감지센서가 구비되는 배기가스 유해물질 저감시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 황산화물감지센서의 센싱 정보에 의해 상기 석회공급부의 석회 공급량이 조절되고,
    상기 질산화물감지센서의 센싱 정보에 의해 상기 요소공급부의 요소 공급량이 조절되는 배기가스 유해물질 저감시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필터 표면에 잔류하는 집진물을 제거하는 진동유닛 또는 압축공기분사유닛을 더 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 유입부 및 상기 필터부 중 적어도 어느 일측에 위치하고, 상기 배기가스를 승온시키는 히팅유닛을 더 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템.
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