KR101563698B1 - 냉각부 및 세라믹필터가 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템 - Google Patents

냉각부 및 세라믹필터가 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 냉각부 및 세라믹필터가 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템은, 내부에 요소가 수용되는 요소탱크, 배기가스의 유입경로와 유출경로 사이에 구비되며, 상기 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 및 질산화물을 제거하는 하나 이상의 세라믹필터를 포함하는 필터부, 상기 배기가스 유입경로에 구비되어 상기 배기가스의 온도를 하강키는 냉각부 및 상기 요소탱크 내에 수용된 요소를 유동시키는 요소유로와, 상기 요소를 상기 세라믹필터보다 상류에 공급하는 요소공급노즐을 포함하는 요소공급부를 포함한다.

Description

냉각부 및 세라믹필터가 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템{Toxic Substance Reduction System of Treating Exhaust Gas Having Cooling Part and Filter Part Having Ceramic Filter}
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 제10-0999571호
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 냉각부 및 세라믹필터가 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템은, 내부에 요소가 수용되는 요소탱크, 배기가스의 유입경로와 유출경로 사이에 구비되며, 상기 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 및 질산화물을 제거하는 하나 이상의 세라믹필터를 포함하는 필터부, 상기 배기가스 유입경로에 구비되어 상기 배기가스의 온도를 하강키는 냉각부 및 상기 요소탱크 내에 수용된 요소를 유동시키는 요소유로와, 상기 요소를 상기 세라믹필터보다 상류에 공급하는 요소공급노즐을 포함하는 요소공급부를 포함한다.
그리고 상기 냉각부는 하나 이상의 열전소자를 포함할 수 있다.
또한 상기 요소탱크에 수용된 요소는 고체요소이고, 상기 요소유로에 경로 상에 구비되며, 상기 고체요소를 승화시키는 승화부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 승화부에는 상기 승화부 내를 승온시키는 히팅유닛이 구비될 수 있다.
또한 상기 요소유로에는 상기 승화부에 의해 승화된 요소를 저장하는 버퍼탱크가 구비될 수 있다.
그리고 상기 냉각부는, 상기 배기가스 유입경로의 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생된 전력을 상기 승화부에 공급할 수 있다.
또한 상기 필터부를 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 냉각부는, 상기 배기가스 유입경로의 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생된 전력을 상기 가열부에 공급할 수 있다.
또한 상기 요소공급노즐은, 요소를 상기 배기가스 유입경로에 공급할 수 있다.
그리고 상기 요소공급노즐은, 요소를 상기 세라믹필터 전단에 공급할 수 있다.
또한 상기 배기가스의 유출경로에는, 상기 유출경로에 유동되는 배기가스의 질산화물 농도를 감지하여 상기 요소공급노즐의 요소 공급량을 조절하는 질산화물감지센서가 구비될 수 있다.
그리고 상기 필터부에는 상기 세라믹필터 표면에 발생된 집진물을 제거하는 진동유닛이 구비될 수 있다.
또한 상기 필터부에는 상기 세라믹필터 표면에 발생된 집진물을 제거하는 압축공기분사유닛이 구비될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 냉각부 및 세라믹필터가 구비된 필터부를 포함하는 배기가스 유해물질 동시 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.
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 동시 저감시스템에 있어서, 냉각부 및 승화부의 모습을 나타낸 도면;
도 2은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템에 있어서, 필터부 내에 구비된 세라믹 필터의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템에 있어서, 승화부의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템에 있어서, 승화부의 모습을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 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 동시 저감시스템에 있어서, 냉각부(270) 및 승화부(250)의 모습을 나타낸 도면이며, 도 2은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템은 요소탱크(200)와, 요소공급부와, 냉각부(270)와, 승화부(250)와, 필터부(100)를 포함한다.
요소탱크(200)의 내부에는 요소가 수용되며, 상기 요소는 다양한 상태로 수용될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 요소는 고체요소 형태로 요소탱크(200) 내부에 수용된다.
상기 요소공급부는 상기 요소탱크(200) 내에 수용된 요소를 유동시키는 요소유로(210)와, 상기 요소를 후술할 세라믹필터(110)보다 상류에 공급하는 요소공급노즐(220)을 포함한다. 즉 요소공급노즐(220)은 배기가스 유입경로(10a)에 요소를 공급할 수도 있으며, 필터부(100) 내측에서 세라믹필터(110)보다 전방에 요소를 공급할 수도 있다.
본 실시예에서, 요소공급노즐(220)은 배기가스 유입경로(10a)에 구비된다. 이와 같이 요소공급노즐(220)로부터 분사된 요소는 배기가스에 혼합되어 세라믹필터(110) 측으로 유동된다.
또한 본 실시예의 경우, 요소공급노즐(220)은 하나가 구비되나, 이와 달리 요소공급노즐(220)의 개수는 하나, 또는 복수 개 등 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
한편 본 실시예에서 상기 배기가스의 유출경로(10b)에는, 상기 유출경로(10b)에 유동되는 배기가스의 질산화물 농도를 감지하여 상기 요소공급노즐(220)의 요소 공급량을 조절하는 질산화물감지센서(410)가 구비된다.
그리고 이를 위해 질산화물감지센서(410)와 요소공급노즐(220)을 연결하는 요소공급제어배선(412) 상에는 요소제어유닛(414)이 구비될 수 있다.
냉각부(270)는 상기 배기가스 유입경로(10a)에 구비되어 상기 배기가스의 온도를 하강시켜 황산염이 생성되도록 하며, 이후 황산염이 생성된 배기가스는 세라믹필터(110)에 집진된다.
냉각부(270)는 다양한 방법에 의해 배기가스의 온도를 하강시키도록 형성될 수 있으며, 본 실시예의 경우, 냉각부(270)는 하나 이상의 열전소자를 포함한다.
그리고 냉각부(270)는 다양한 형태로 배기가스 유입경로(10a)에 구비될 수 있다. 예를 들어, 통과하는 배기가스의 온도를 전방위에 걸쳐 균일하게 조절할 수 있도록 배기가스 유입경로(10a)의 둘레에 걸쳐 형성될 수 있다.
승화부(250)는 상기 요소유로(210) 경로 상에 구비되며, 고체요소를 승화시키는 구성요소이다. 이때 본 실시예의 경우 상기 냉각부(270)는 상기 승화부(250)와 제1전력공급배선(275)에 의해 연결되어 상기 배기가스 유입경로의 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생된 전력을 상기 승화부(250)에 공급하도록 할 수 있다. 즉 승화부(250)는 상기 냉각부(270)로부터 전달받은 전력으로 고체요소의 승화에 필요한 에너지를 수급할 수 있다.
필터부(100)는 배기가스의 유입경로(10a)와 유출경로(10b) 사이에 구비되며, 내측에는 하나 이상의 세라믹필터(110)가 구비된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템에 있어서, 필터부 내에 구비된 세라믹필터(110)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 필터부 내측에 복수 개의 세라믹필터(110)가 횡 방향 및 종 방향으로 배열되고, 이는 지지체(120)에 장착된다. 그리고 세라믹필터(110)는 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 및 질산화물을 저감시킬 수 있다.
구체적으로, 황산화물은 세라믹필터(110)의 표층에서 분진과 함께 집진되며, 세라믹필터(110)의 내측에서는 요소와 충분히 혼합된 질산화물이 세라믹필터(110)에 코팅 또는 담지된 촉매에 의해 반응이 활성화되어 제거된다.
한편 필터부에는 상기 세라믹필터 표면에 발생된 집진물을 제거하는 집진물 제거수단이 구비될 수 있으며, 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.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템에 있어서, 승화부(250)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템은 전체적으로 모든 구성이 전술한 제1실시예의 경우와 동일하게 형성된다.
다만, 본 실시예에서 승화부(250)에는 상기 고체요소 승화부(250) 내를 승온시키는 히팅유닛(252)이 구비된다. 즉 열전소자를 포함하는 냉각부(270)로부터 공급되는 전력이 충분하지 않을 경우, 히팅유닛(252)을 이용하여 추가적인 열을 안정적으로 공급할 수 있다.
상기 히팅유닛(252)은 다양한 가열 수단으로 형성될 수 있으며, 히팅유닛(252) 역시 하나 이상의 열전소자가 구비된 형태일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템에 있어서, 승화부(250)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템은 전체적으로 모든 구성이 전술한 제1실시예의 경우와 동일하게 형성된다.
다만, 본 실시예에서 상기 요소유로(210)에는 상기 승화부(250)에 의해 승화된 요소를 저장하는 버퍼탱크(260)가 구비된다. 따라서 요소를 버퍼탱크(260) 내에 보관하여 분사 유량을 용이하게 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템의 각 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 동시 저감시스템은 전체적으로 모든 구성이 전술한 제1실시예의 경우와 동일하게 형성된다.
다만, 도시되지는 않았으나, 본 실시예의 경우 상기 필터부(100)를 가열하는 가열부를 더 포함한다. 가열부는 다양한 위치에 구비될 수 있으며, 특히 본 실시예에서는 필터부(100) 내에 구비된다.
즉 상기 냉각부(270)에 의해 배기가스의 온도가 낮아져 상기 필터부(100)에서 요소와 질산화물의 반응이 원활하지 않을 경우, 가열부가 상기 필터부(100)를 가열함으로써 반응에 필요한 온도를 제공할 수 있다.
그리고 상기 냉각부(270)는, 상기 가열부와 제2전력공급배선(277)에 의해 연결되며, 이에 따라 상기 배기가스 유입경로(10a)의 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생된 전력을 상기 가열부에 공급하여 상기 세라믹필터(110)의 가열에 이용하도록 할 수 있다.
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 유입경로 10b: 배기가스 유출경로
100: 필터부 110: 세라믹필터
120: 지지체 200: 요소탱크
210: 요소유로 220: 요소공급노즐
250: 승화유닛 252: 히팅유닛
260: 버퍼탱크 270: 냉각부
275: 제1전력공급배선 277: 제2전력공급배선
410: 질산화물감지센서 412: 요소공급제어배선
414: 요소제어유닛

Claims (13)

  1. 내부에 요소가 수용되는 요소탱크;
    배기가스의 유입경로와 유출경로 사이에 구비되며, 상기 배기가스에 포함된 분진, 황산화물 및 질산화물을 제거하는 하나 이상의 세라믹필터를 포함하는 필터부;
    상기 배기가스 유입경로에 구비되어 상기 배기가스의 온도를 하강시키고, 하나 이상의 열전소자를 포함하는 냉각부; 및
    상기 요소탱크 내에 수용된 요소를 유동시키는 요소유로와, 상기 요소를 상기 세라믹필터보다 상류에 공급하는 요소공급노즐을 포함하는 요소공급부;
    를 포함하며,
    상기 요소탱크에 수용된 요소는 고체요소이고,
    상기 요소유로에 경로 상에 구비되며, 상기 고체요소를 승화시키는 승화부를 더 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 배기가스 유입경로의 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생된 전력을 상기 승화부에 공급하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 승화부에는 상기 승화부 내를 승온시키는 히팅유닛이 구비된 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 요소유로에는 상기 승화부에 의해 승화된 요소를 저장하는 버퍼탱크가 구비된 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필터부를 가열하는 가열부를 더 포함하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 배기가스 유입경로의 내부와 외부의 온도 차에 의해 발생된 전력을 상기 가열부에 공급하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 요소공급노즐은,
    요소를 상기 배기가스 유입경로에 공급하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 요소공급노즐은,
    요소를 상기 세라믹필터 전단에 공급하는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스의 유출경로에는,
    상기 유출경로에 유동되는 배기가스의 질산화물 농도를 감지하여 상기 요소공급노즐의 요소 공급량을 조절하는 질산화물감지센서가 구비되는 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 필터부에는 상기 세라믹필터 표면에 발생된 집진물을 제거하는 진동유닛이 구비된 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 필터부에는 상기 세라믹필터 표면에 발생된 집진물을 제거하는 압축공기분사유닛이 구비된 배기가스 유해물질 동시 저감시스템.
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