KR101571293B1 - 자외선발생부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 자외선발생부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템은, 배기가스가 유동되는 제1유동경로에 연결되어, 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 스크러버 및 상기 제1유동경로와 별도로 형성된 제2유동경로 상에 구비되며, 상기 제2유동경로에 공급되는 공기에 자외선을 조사하여 라디칼을 생성시키는 자외선발생부를 포함한다.
Description
본 발명은 엔진에서 발생된 배기가스의 유해물질을 저감시키는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선 발생부를 이용하여 질산화물 및 황산화물을 스크러버로 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 방법으로 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.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 라디칼을 이용하여 스크러버로 질산화물 및 황산화물을 함께 저감시킬 수 있으면서도 배기가스에 의해 라디칼 생성이 방해되는 것을 방지할 수 있는 배기가스 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 자외선발생부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템은, 배기가스가 유동되는 제1유동경로에 연결되어, 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 스크러버 및 상기 제1유동경로와 별도로 형성된 제2유동경로 상에 구비되며, 상기 제2유동경로에 공급되는 공기에 자외선을 조사하여 라디칼을 생성시키는 자외선발생부를 포함한다.
그리고 상기 생성된 라디칼은 상기 제1유동경로에 공급되어 배기가스와 혼합될 수 있다.
또한 상기 제1유동경로 상에 구비되며, 상기 제2유동경로와 연결되어 상기 제1유동경로에 유동되는 배기가스와 상기 제2유동경로로부터 공급되는 라디칼을 혼합시키는 혼합부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 자외선발생부에, 자외선에 의해 라디칼을 생성시키는 반응물질을 공급하는 반응물질공급부를 더 포함할 수 있다.
또한 자외선에 의해 라디칼을 생성시키는 반응물질을 상기 자외선발생부에 공급하는 반응물질공급부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1유동경로에 연소공기를 공급하는 연소공기공급부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 연소공기공급부는 상기 제2유동경로와 연결되어 상기 제2유동경로에 연소공기를 공급할 수 있다.
그리고 상기 제2유동경로에 공기를 공급하는 보조공기공급부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 제1유동경로에 유동되는 배기가스와 상기 제2유동경로에 유동되는 공기를 열교환시키는 열교환부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제2유동경로에 유동되는 공기를 가열시키는 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자외선발생부를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 스크러버를 이용하여 배기가스에 포함된 질산화물 및 황산화물을 함께 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 자외선발생부가 배기가스의 유동경로와 별도로 구비되어 배기가스에 의해 라디칼 발생 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 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 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 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.
또한 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 배기가스가 발생할 수 있는 다양한 종류의 장치에 적용될 수 있으며, 이하의 설명은 대표적으로 선박에 적용되는 것으로 하였다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 스크러버(300)와, 자외선발생부(210)와, 혼합부(130)와, 연소공기공급부(110)와, 반응물질공급부(220)를 포함할 수 있다.
스크러버(300)는 엔진(120)에서 발생된 배기가스가 유동되는 제1유동경로(100)와 연결되어, 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시킬 수 있도록 구비되며, 일반적으로 습식 스크러버 방식이 사용될 수 있다.
자외선발생부(210)는 상기 제1유동경로(100)와 별도로 형성된 제2유동경로 상에 구비되며, 상기 제2유동경로에 공급되는 공기에 자외선을 조사하여 라디칼을 생성하는 구성요소이다.
상기 자외선발생부(210)에서 발생되는 자외선의 초단파를 이용하면 다음과 같은 과정을 통해 라디칼을 생성할 수 있다.
O2 + hν → 2O
O+O2 → O3
O3 + hν → O2 + O(1D)
O(1D) + H2O → 2OH
이와 같이 생성된 수산화기 등의 라디칼에 의해 배기가스에 포함된 NO가 NO2, HNO2, HNO3등의 형태로 산화되며, SO2도 HSO3등의 형태로 산화된다.
일반적으로 NOx의 약 90% 정도가 NO로 존재하고, 나머지가 NO2로 존재하는데, NO의 경우 물에 녹지 않는 반면, NO2는 물에 잘 녹는다. 또한 NO의 산화형태인 NO2, HNO2, HNO3가 모두 물에 잘 녹으므로 이러한 NOx 산화기술을 이용하면 스크러버(300)를 이용하여 기존의 SOx뿐 아니라 NOx도 제거할 수 있게 된다.
다만, 상기 자외선발생부(210)가 배기가스가 유동되는 제1유동경로(100) 상에 구비될 경우, 입자상물질(PM)로 인해 산화효율이 떨어질 수 있다. 특히 선박의 경우 중유를 사용하므로, 발생하는 PM의 양이 많으며, 그 크기 역시 크기 때문에, 자외선과 배기가스 내의 산소, 수증기 등이 접촉되는 것을 방해할 수 있기 때문이다.
따라서 본 실시예의 경우 자외선발생부(210)는 상기 제1유동경로(100)와 별도로 형성된 제2유동경로 상에 구비되도록 하여, 라디칼의 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
혼합부(130)는 제1유동경로(100)에 유동되는 배기가스와, 상기 제2유동경로로부터 공급되는 라디칼을 혼합시키는 역할을 수행한다. 즉 자외선발생부(210)로부터 라디칼을 전달받아 배기가스와 충분히 혼합시키고, 이를 스크러버(300) 측으로 유동시킬 수 있다.
반응물질공급부(220)는 제2유동경로 상에 구비될 수 있으며, 자외선에 의해 라디칼을 생성시키는 반응물질을 상기 자외선발생부(210)에 공급할 수 있다. 상기 반응물질로는 과산화수소 등이 사용될 수 있으며, 자외선발생부(210)에서는 다음과 같은 반응을 통해 추가로 라디칼을 생성할 수 있다.
H2O2 + hν → 2OH
이때 상기 반응물질공급부(220)는 반응물질을 제2유동경로 상에 공급할 수도 있으며, 반응물질을 자외선발생부(210)에 직접 공급하는 것도 가능함은 물론이다.
연소공기공급부(110)는 상기 제1유동경로(100)에 연소공기를 공급하며, 특히 본 실시예의 경우 상기 연소공기공급부(110)는 상기 제2유동경로와도 연결되어 상기 제2유동경로에 연소공기를 공급할 수 있다. 즉 연소공기공급부(110)는 제1유동경로(100) 및 제2유동경로 모두에 공기를 공급하도록 구비된다.
이상과 같이 본 실시예에 따르면 자외선발생부(210)가 배기가스가 유동되는 제1유동경로(100)와 별도로 구비되어 배기가스에 의해 라디칼 발생 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한 이에 따라 스크러버(300)를 이용하여 배기가스에 포함된 질산화물 및 황산화물을 함께 저감시킬 수 있게 된다. 이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하게 형성된다. 다만, 본 실시예의 경우 보조공기공급부(230)가 더 구비되는 것이 다르다.
상기 보조공기공급부(230)는 상기 제2유동경로에 공기를 공급하는 구성요소로서, 제1유동경로와는 독립적으로 공기를 자외선발생부(210)로 공급하여 라디칼을 생성할 수 있도록 한다. 따라서 자외선발생부(210)는 제1유동경로와 완전히 분리되어 효율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 엔진 성능에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하게 형성된다. 다만, 본 실시예의 경우 열교환부(140)가 더 구비되는 것이 다르다.
상기 열교환부(140)는 상기 제1유동경로(100)에 유동되는 배기가스와 상기 제2유동경로에 유동되는 공기를 서로 열교환시키는 구성요소이다. 일반적으로 선박 엔진(120)의 배기가스는 평균 약 250°C이고, 자외선발생부(210)에 공급되는 공기는 상온에 가까우므로 이들 간에 열교환을 수행하여 자외선발생부(210)에 공급되는 온도를 높여 라디칼 발생이 보다 원활히 일어나도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전술한 제3실시예와 같이 열교환부(140)가 구비된 형태를 가진다.
또한 본 실시예의 경우 제2실시예와 마찬가지로 보조공기공급부(230)가 더 구비되어, 자외선발생부(210)는 제1유동경로와 완전히 분리되어 효율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 엔진 성능에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전술한 제1실시예와 모든 구성요소가 동일하게 형성된다. 다만, 본 실시예의 경우 가열부(240)가 더 구비되는 것이 다르다.
상기 가열부(240)는 상기 제2유동경로에 유동되는 공기를 가열시키는 구성요소로서, 전술한 열교환부와 마찬가지로 자외선발생부(210)에 공급되는 온도를 높여 라디칼 발생이 보다 원활히 일어나도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감시스템은 전술한 제5실시예와 같이 가열부(240)가 구비된 형태를 가진다.
또한 본 실시예의 경우 제2실시예와 마찬가지로 보조공기공급부(230)가 더 구비되어, 자외선발생부(210)는 제1유동경로와 완전히 분리되어 효율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 엔진 성능에 영향을 미치지 않도록 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.
100: 제1유동경로 110: 연소공기공급부
120: 엔진 130: 혼합부
140: 열교환부 210: 자외선발생부
220: 반응물질공급부 230: 보조공기공급부
240: 가열부
120: 엔진 130: 혼합부
140: 열교환부 210: 자외선발생부
220: 반응물질공급부 230: 보조공기공급부
240: 가열부
Claims (9)
- 배기가스가 유동되는 제1유동경로에 연결되어, 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 스크러버;
일단이 상기 제1유동경로의 상류로부터 분지되고, 타단이 상기 제1유동경로의 하류에 합류되며, 상기 제1유동경로와 별도로 형성된 제2유동경로 상에 구비되며, 상기 제2유동경로에 공급되는 공기에 자외선을 조사하여 라디칼을 생성시키는 자외선발생부; 및
상기 제1유동경로 및 상기 제2유동경로의 분지 지점인 상기 제2유동경로의 일단에 연결되어, 상기 제1유동경로 및 상기 제2유동경로 모두에 연소공기를 일 방향으로 동시에 공급하는 연소공기공급부; 를 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템. - 제1항에 있어서,
상기 생성된 라디칼은 상기 제1유동경로에 공급되어 배기가스와 혼합되는 배기가스 유해물질 저감시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제1유동경로 상에 구비되며, 상기 제2유동경로와 연결되어 상기 제1유동경로에 유동되는 배기가스와 상기 제2유동경로로부터 공급되는 라디칼을 혼합시키는 혼합부를 더 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템. - 제1항에 있어서,
상기 자외선발생부에, 자외선에 의해 라디칼을 생성시키는 반응물질을 공급하는 반응물질공급부를 더 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템. - 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 제1유동경로에 유동되는 배기가스와 상기 제2유동경로에 유동되는 공기를 열교환시키는 열교환부를 더 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2유동경로에 유동되는 공기를 가열시키는 가열부를 더 포함하는 배기가스 유해물질 저감시스템.
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