KR101739183B1 - 선박용 동력시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박용 동력시스템에 관한 것으로, 본 발명에서는 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 유입되는 SCR 반응기의 입구에, <배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 일련의 열 에너지 융합공간을 정의할 수 있는 혼합 챔버>를 추가 배치하고, 이를 통해, 배기가스, 가열공기 측에서, 혼합 챔버 측 융합공간을 토대로, 각자의 열 에너지를 고르게 융합시켜, 적정 수준의 온도상승을 이루면서, 환원제까지도 효과적으로 분해시킬 수 있도록 함으로써, 결국, SCR 반응기 측에서 별다른 어려움 없이, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 효과적으로 공급받으면서, 최 적화된 유해물질(예컨대, 질소산화물) 환원처리절차를 탄력적으로 진행시킬 수 있도록 가이드 할 수 있다.

Description

선박용 동력시스템{Power plant system for a ship}
본 발명은 선박용 동력시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 유입되는 SCR 반응기의 입구에, <배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 일련의 열 에너지 융합공간을 정의할 수 있는 혼합 챔버>를 추가 배치하고, 이를 통해, 배기가스, 가열공기 측에서, 혼합 챔버 측 융합공간을 토대로, 각자의 열 에너지를 고르게 융합시켜, 적정 수준의 온도상승을 이루면서, 환원제까지도 효과적으로 분해시킬 수 있도록 함으로써, 결국, SCR 반응기 측에서 별다른 어려움 없이, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 효과적으로 공급받으면서, 최 적화된 유해물질(예컨대, 질소산화물) 환원처리절차를 탄력적으로 진행시킬 수 있도록 가이드 할 수 있는 선박용 동력시스템에 관한 것이다.
최근, 선박에서 배출되는 유해물질, 예컨대, 질소산화물(NOx)에 대한 규제가 한층 강화되면서(참고로, 2016년에 발효되는 TierⅢ에서는 질소산화물 배출을 예컨대, 3.4g/KW 이하(rpm 130 미만의 경우)로 규제할 예정임), 예를 들어, SCR(Selective Catalyst Reduction; 선택적 촉매환원) 등의 기술을 활용한 다양한 종류의 선박용 유해물질 저감기기가 폭 넓게 개발/보급되고 있다.
예를 들어, 국내공개특허 제10-2010-132310호(명칭: 우레아 파우더를 이용한 선박용 SCR 시스템 및 질소산화물 저감방법)(2010.12.17.자 공개), 국내공개특허 제10-2003-127737호(명칭: 선박의 폐열을 이용한 SCR 장치의 막힘 방지장치)(2013.11.25.자 공개), 국내공개특허 제10-2014-46651호(명칭: 선박용 대형 엔진의 탈질장치)(2014.4.21.자 공개) 등에는 이러한 종래의 기술에 따른 선박용 유해물질 저감기기의 세부적인 구성이 좀더 상세하게 개시되어 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 선박용 유해물질 저감기기를 채용한 종래의 기술에 따른 선박용 동력시스템(10)은 선박 추진용 엔진(11), 상기 엔진(11)과 연결되면서, 터빈을 돌려, 엔진(11) 측으로 외기를 공급하는 터보차저(13)(Turbo charger), 터보차저(13) 측으로부터 공급되는 외기의 압력을 균일하게 완화시키는 소기 리시버(12)(Scavenge air receiver), 엔진(11) 측으로부터 배출된 배기가스의 불 균일한 압력을 균일하게 완화시키는 배기 리시버(14)(Exhaust gas receiver) 등을 위시하여, 상기 엔진(11)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질(예컨대, 질소산화물)을 정화시키기 위한 SCR 반응기(30), 환원제 가수분해 챔버(22), 환원제 분사기(25), 환원제 저장탱크(28), 용수 저장탱크(27), 공기가열기(19), 제어기(43) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 터보차저(13)와 연결되는 배기가스 유통라인(15)은 터보차저(13)를 거친 엔진(11) 측 배기가스를 외부로 배출하는 역할을 수행하게 되며, 이 배기가스 유통라인(15)과 연결된 배기가스 유통라인(16) 측에서는 SCR 반응기(30)와 연결되는 구조를 취하면서, 질소산화물을 함유한 엔진(11) 측 배기가스를 이동시켜, 해당 배기가스를 SCR 반응기(30) 측으로 공급하는 역할을 수행하게 된다.
이 상황 하에서, SCR 반응기(30) 측에서는 배기가스 유통라인(16)을 매개로, 터보차저(13) 및 엔진(11)과 연결되는 구조를 취하면서, 엔진(11) 측 배기가스와 환원제(예컨대, 우레아)를 함께 통과시켜, 배기가스에 포함된 유해물질(예컨대, 질소산화물(NOx))을 정화시키는 역할을 수행하게 된다.
이때, 상기 SCR 반응기(30)는 배기가스와 환원제를 동시에 통과시키면서, 질소산화물(NOx)을 환원제와 반응시켜, 해당 질소산화물(NOx)을 생물에 무해한 질소와 수증기로 환원 처리하는 SCR 촉매(32)와, 이 SCR 촉매(32)를 수용하는 SCR 챔버(31)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다. 이 경우, SCR 촉매(32)로는 예컨대, 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 백금(Platinum) 등이 선택될 수 있으며, 상기 SCR 챔버(31)의 재질로는 예컨대, 스테인레스 스틸 등이 선택될 수 있다.
여기서, 환원제 분사기(25) 측에서는 암모니아를 포함한 환원제를 SCR 반응기(30)로 유입되는 엔진(11) 측 배기가스로 분사하는 역할을 수행하게 되며, 환원제 가수분해 챔버(22) 측에서는 환원제(예컨대, 우레아)를 가수분해하여, 암모니아를 생성한 후, 이 암모니아가 포함된 환원제를 환원제 분사기(25) 측으로 공급하는 역할을 수행하게 된다.
이 경우, 환원제 공급 유로(23) 측에서는 환원제 가수분해 챔버(22)와 환원제 분사기(25)를 상호 연결함으로써, 환원제 가수분해 챔버(22) 측으로부터 공급된 <암모니아를 포함하는 환원제>가 환원제 분사기(25)로 정상 전달될 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
이 상황 하에서, 환원제 저장탱크(28) 측에서는 환원제 가수분해 챔버(22) 측으로 공급할 환원제(예컨대, 우레아)를 저장하는 역할을 수행하게 되며, 용수 저장탱크(27) 측에서는 환원제 가수분해 챔버(22) 측으로 공급할 용수를 저장하는 역할을 수행하게 된다.
이 경우, 환원제 공급 유로(44) 측에서는 환원제 저장탱크(28)와 환원제 가수분해 챔버(22)를 상호 연결함으로써, 환원제 저장탱크(28)에 저장되어 있던 환원제가 환원제 가수분해 챔버(22)로 정상 전달될 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 되며, 용수 공급 유로(29) 측에서는 용수 저장탱크(27)와 환원제 공급 유로(44)를 상호 연결함으로써, 용수 저장탱크(27)에 저장되어 있던 용수가 환원제 가수분해 챔버(22)로 정상 전달될 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다(물론, 용수 공급 유로(29)는 환원제 가수분해 챔버(22)와 직접 연결될 수도 있다).
이때, 공기가열기(19) 측에서는 가열공기 유통라인(21)을 매개로, SCR 반응기(30)와 연결되는 구조를 취하면서, 외부로부터 공급되는 연료 및 공기를 토대로 고온의 가열공기를 생성하고, 생성 완료된 가열공기를 가열공기 유통라인(21)을 통해 SCR 반응기(30) 측으로 공급함으로써, SCR 챔버(31) 내의 SCR 촉매(32)가 고온의 열 에너지 지원을 받으면서, 좀더 효과적인 유해물질 정화절차를 진행할 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
이러한 기반 인프라 하에서, 제어기(43) 측에서는 환원제 공급 유로(23) 상에 배치된 센서(24), SCR 반응기(30)의 후단에 배치된 센서(26), 배기가스 유통라인(15)(16) 상에 배치된 밸브(17,18), 환원제 공급 유로(44) 상에 배치된 밸브(42), 용수 공급 유로(29) 상에 배치된 밸브(40), 가열공기 유통라인(21) 상에 배치된 밸브(20) 등과 통신을 취하면서, 각 센서(24,26) 측으로부터 전송되는 감지 값(예컨대, SCR 반응기(30)를 통과한 정화 배기가스에 포함된 유해물질의 값, 환원제 가수분해 챔버로부터 공급되는 환원제의 온도 값 등)에 따라, 각 밸브(17,18,42,40,20)를 개폐시킴으로써, 엔진(11)으로부터 출력되는 배기가스의 유통 패턴, 환원제의 공급/유통 패턴, 가열공기의 공급/유통 패턴 등을 적절하게 조절하는 역할을 수행하게 된다(물론, 상술한 각 유통라인, 유로, 센서, 밸브 등의 개수, 위치, 형태 등은 상황에 따라, 다양한 변형을 이룰 수 있다).
한편, 이러한 종래의 체제 하에서, 배기가스 유통라인(16)을 통해 유입되는 배기가스, 환원제 분사기(25)를 통해 분사되는 환원제, 가열공기 유통라인(21)을 통해 유입되는 가열공기 등은 SCR 반응기(30)의 입구(I)에 한데 모여 SCR 촉매(32) 측으로 흘러 들어가는 패턴을 보이게 된다.
물론, 이 상황 하에서, 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 SCR 반응기(30)로 흘러 들어가기 이전에, 배기가스가 가지는 열 에너지, 가열공기가 가지는 열 에너지 등을 적절하게 융합하는 절차, 이렇게 융합된 열 에너지를 토대로, 환원제를 적절히 분해는 절차 등은 전체적인 SCR 반응기(30)의 정화성능을 결정짓는데 있어서, 매우 중요한 변수로 작용하게 된다.
이는, 만약, 배기가스가 가지는 열 에너지, 가열공기가 가지는 열 에너지 등이 적절히 융합되지 못하여, 이들 간에 적정 수준의 온도상승이 이루어지지 못하게 되고, 그 결과로, 환원제의 분해 역시 적절하게 이루어지지 못하게 되는 경우, SCR 반응기(30) 측에서는 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 전혀 수급 받지 못하게 되며, 결국, 유해물질(예컨대, 질소산화물)의 환원 처리절차를 진행하는데 있어서, 큰 어려움을 겪을 수밖에 없게 되기 때문이다.
그러나, 상황이 이러함에도 불구하고, 종래의 경우, SCR 반응기(30)의 입구(I)에는 배기가스가 가지는 열 에너지, 가열공기가 가지는 열 에너지 등을 적절히 융합하고, 이를 토대로, 환원제를 효과적으로 분해하기 위한 어떠한 구성요소도 배치되어 있지 아니하였기 때문에, 선박 운영주체 측에서는 공기가열기(19)에 의한 가열공기의 추가 공급에도 불구하고, SCR 반응기(30)의 정화성능을 향상시키는데 있어서, 큰 어려움을 겪을 수밖에 없었으며, 결국, 그에 따른 유/무형의 피해를 고스란히 감수할 수밖에 없었다.
국내공개특허 제10-2010-132310호(명칭: 우레아 파우더를 이용한 선박용 SCR 시스템 및 질소산화물 저감방법)(2010.12.17.자 공개) 국내공개특허 제10-2003-127737호(명칭: 선박의 폐열을 이용한 SCR 장치의 막힘 방지장치)(2013.11.25.자 공개) 국내공개특허 제10-2014-46651호(명칭: 선박용 대형 엔진의 탈질장치)(2014.4.21.자 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 유입되는 SCR 반응기의 입구에, <배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 일련의 열 에너지 융합공간을 정의할 수 있는 혼합 챔버>를 추가 배치하고, 이를 통해, 배기가스, 가열공기 측에서, 혼합 챔버 측 융합공간을 토대로, 각자의 열 에너지를 고르게 융합시켜, 적정 수준의 온도상승을 이루면서, 환원제까지도 효과적으로 분해시킬 수 있도록 함으로써, 결국, SCR 반응기 측에서 별다른 어려움 없이, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 효과적으로 공급받으면서, 최 적화된 유해물질(예컨대, 질소산화물) 환원처리절차를 탄력적으로 진행시킬 수 있도록 가이드 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 선체 추진용 엔진과; 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질을 정화시키는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 반응기와; 상기 SCR 반응기로 환원제를 분사하는 환원제 분사기와; 환원제를 가수분해하여, 암모니아를 생성한 후, 암모니아가 포함된 환원제를 상기 환원제 분사기 측으로 공급하는 환원제 가수분해 챔버와; 상기 SCR 반응기로 가열공기를 공급하는 공기가열기와; 상기 배기가스, 환원제 및 가열공기가 유입되는 상기 SCR 반응기의 입구에 배치되며, 상기 배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 공간을 정의하는 혼합 챔버와; 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 균일화시키기 위한 배기 리시버(Exhaust gas receiver)와; 상기 배기 리시버 및 상기 혼합 챔버를 연결하면서, 상기 배기 리시버로부터 배출되는 배기가스를 상기 혼합 챔버로 공급함으로써, 상기 혼합 챔버 측에서 배기가스의 열 에너지 및 가열공기의 열 에너지와 함께 상기 배기 리시버로부터 배출되는 배기가스의 열 에너지도 더불어 융합시킬 수 있도록 하는 제 1 리시버 배출가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 동력시스템을 개시한다.
본 발명에서는 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 유입되는 SCR 반응기의 입구에, <배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 일련의 열 에너지 융합공간을 정의할 수 있는 혼합 챔버>를 추가 배치하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 배기가스, 가열공기 측에서는, 혼합 챔버 측 융합공간을 토대로, 각자의 열 에너지를 고르게 융합시켜, 적정 수준의 온도상승을 이루면서, 환원제까지도 효과적으로 분해시킬 수 있게 되며, 결국, SCR 반응기 측에서는, 별다른 어려움 없이, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 효과적으로 공급받으면서, 최 적화된 유해물질(예컨대, 질소산화물) 환원처리절차를 탄력적으로 진행시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 선박용 동력시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 선박용 동력시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 선박용 동력시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 선박용 동력시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 선박용 동력시스템을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선박용 유해물질 저감기기를 채용한 본 발명에 따른 선박용 동력시스템(100)은 선박 추진용 엔진(111), 상기 엔진(111)과 연결되면서, 터빈을 돌려, 엔진(111) 측으로 외기를 공급하는 터보차저(113)(Turbo charger), 터보차저(113) 측으로부터 공급되는 외기의 압력을 균일하게 완화시키는 소기 리시버(112)(Scavenge air receiver), 엔진(111) 측으로부터 배출된 배기가스의 불 균일한 압력을 균일하게 완화시키는 배기 리시버(114)(Exhaust gas receiver) 등을 위시하여, 상기 엔진(111)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질(예컨대, 질소산화물)을 정화시키기 위한 SCR 반응기(130), 환원제 가수분해 챔버(122), 환원제 분사기(125), 환원제 저장탱크(128), 용수 저장탱크(127), 공기가열기(119), 제어기(143) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 터보차저(113)와 연결되는 배기가스 유통라인(115)은 터보차저(113)를 거친 엔진(111) 측 배기가스를 외부로 배출하는 역할을 수행하게 되며, 이 배기가스 유통라인(115)과 연결된 배기가스 유통라인(116) 측에서는 SCR 반응기(130)와 연결되는 구조를 취하면서, 질소산화물을 함유한 엔진(111) 측 배기가스를 이동시켜, 해당 배기가스를 SCR 반응기(130) 측으로 공급하는 역할을 수행하게 된다.
이 상황 하에서, SCR 반응기(130) 측에서는 배기가스 유통라인(116)을 매개로, 터보차저(113) 및 엔진(111)과 연결되는 구조를 취하면서, 엔진(111) 측 배기가스와 환원제(예컨대, 우레아)를 함께 통과시켜, 배기가스에 포함된 유해물질(예컨대, 질소산화물(NOx))을 정화시키는 역할을 수행하게 된다.
이때, 상기 SCR 반응기(130)는 배기가스와 환원제를 동시에 통과시키면서, 질소산화물(NOx)을 환원제와 반응시켜, 해당 질소산화물(NOx)을 생물에 무해한 질소와 수증기로 환원 처리하는 SCR 촉매(132)와, 이 SCR 촉매(132)를 수용하는 SCR 챔버(131)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다. 이 경우, SCR 촉매(132)로는 예컨대, 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 백금(Platinum) 등이 선택될 수 있으며, 상기 SCR 챔버(131)의 재질로는 예컨대, 스테인레스 스틸 등이 선택될 수 있다.
여기서, 환원제 분사기(125) 측에서는 암모니아를 포함한 환원제를 SCR 반응기(130)로 유입되는 엔진(111) 측 배기가스로 분사하는 역할을 수행하게 되며, 환원제 가수분해 챔버(122) 측에서는 환원제(예컨대, 우레아)를 가수분해하여, 암모니아를 생성한 후, 이 암모니아가 포함된 환원제를 환원제 분사기(125) 측으로 공급하는 역할을 수행하게 된다.
이 경우, 환원제 공급 유로(123) 측에서는 환원제 가수분해 챔버(122)와 환원제 분사기(125)를 상호 연결함으로써, 환원제 가수분해 챔버(122) 측으로부터 공급된 <암모니아를 포함하는 환원제>가 환원제 분사기(125)로 정상 전달될 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
이 상황 하에서, 환원제 저장탱크(128) 측에서는 환원제 가수분해 챔버(122) 측으로 공급할 환원제(예컨대, 우레아)를 저장하는 역할을 수행하게 되며, 용수 저장탱크(127) 측에서는 환원제 가수분해 챔버(122) 측으로 공급할 용수를 저장하는 역할을 수행하게 된다.
이 경우, 환원제 공급 유로(144) 측에서는 환원제 저장탱크(128)와 환원제 가수분해 챔버(122)를 상호 연결함으로써, 환원제 저장탱크(128)에 저장되어 있던 환원제가 환원제 가수분해 챔버(122)로 정상 전달될 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 되며, 용수 공급 유로(129) 측에서는 용수 저장탱크(127)와 환원제 공급 유로(144)를 상호 연결함으로써, 용수 저장탱크(127)에 저장되어 있던 용수가 환원제 가수분해 챔버(122)로 정상 전달될 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다(물론, 용수 공급 유로(129)는 환원제 가수분해 챔버(122)와 직접 연결될 수도 있다).
이때, 공기가열기(119) 측에서는 가열공기 유통라인(121)을 매개로, SCR 반응기(130)와 연결되는 구조를 취하면서, 외부로부터 공급되는 연료 및 공기를 토대로 고온의 가열공기를 생성하고, 생성 완료된 가열공기를 가열공기 유통라인(121)을 통해 SCR 반응기(130) 측으로 공급함으로써, SCR 챔버(131) 내의 SCR 촉매(132)가 고온의 열 에너지 지원을 받으면서, 좀더 효과적인 유해물질 정화절차를 진행할 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
이러한 기반 인프라 하에서, 제어기(143) 측에서는 환원제 공급 유로(123) 상에 배치된 센서(124), SCR 반응기(130)의 후단에 배치된 센서(126), 배기가스 유통라인(115)(116) 상에 배치된 밸브(117,118), 환원제 공급 유로(144) 상에 배치된 밸브(142), 용수 공급 유로(129) 상에 배치된 밸브(140), 가열공기 유통라인(121) 상에 배치된 밸브(120) 등과 통신을 취하면서, 각 센서(124,126) 측으로부터 전송되는 감지 값(예컨대, SCR 반응기(130)를 통과한 정화 배기가스에 포함된 유해물질의 값, 환원제 가수분해 챔버로부터 공급되는 환원제의 온도 값 등)에 따라, 각 밸브(117,18,42,40,20)를 개폐시킴으로써, 엔진(111)으로부터 출력되는 배기가스의 유통 패턴, 환원제의 공급/유통 패턴, 가열공기의 공급/유통 패턴 등을 적절하게 조절하는 역할을 수행하게 된다(물론, 상술한 각 유통라인, 유로, 센서, 밸브 등의 개수, 위치, 형태 등은 상황에 따라, 다양한 변형을 이룰 수 있다).
한편, 이러한 본 발명의 체제 하에서, 배기가스 유통라인(116)을 통해 유입되는 배기가스, 환원제 분사기(125)를 통해 분사되는 환원제, 가열공기 유통라인(121)을 통해 유입되는 가열공기 등은 SCR 반응기(130)의 입구(I)에 한데 모여 SCR 촉매(132) 측으로 흘러 들어가는 패턴을 보이게 된다.
물론, 이 상황 하에서도, 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 SCR 반응기(130)로 흘러 들어가기 이전에, 배기가스가 가지는 열 에너지, 가열공기가 가지는 열 에너지 등을 적절하게 융합하는 절차, 이렇게 융합된 열 에너지를 토대로, 환원제를 적절히 분해는 절차 등은 전체적인 SCR 반응기(130)의 정화성능을 결정짓는데 있어서, 매우 중요한 변수로 작용하게 된다.
이는, 만약, 배기가스가 가지는 열 에너지, 가열공기가 가지는 열 에너지 등이 적절히 융합되지 못하여, 이들 간에 적정 수준의 온도상승이 이루어지지 못하게 되고, 그 결과로, 환원제의 분해 역시 적절하게 이루어지지 못하게 되는 경우, SCR 반응기(130) 측에서는 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 전혀 수급 받지 못하게 되며, 결국, 유해물질(예컨대, 질소산화물)의 환원 처리절차를 진행하는데 있어서, 큰 어려움을 겪을 수밖에 없게 되기 때문이다.
이러한 민감한 상황 하에서, 본 발명에서는 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 유입되는 SCR 반응기(130)의 입구(I)에, <배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 일련의 열 에너지 융합공간을 정의할 수 있는 혼합 챔버(200)>를 추가 배치하는 조치를 강구하게 된다.
물론, 이러한 혼합 챔버(200)의 배치 상황 하에서, 배기가스 유통라인(116)을 통해 유입되는 배기가스, 가열공기 유통라인(121)을 통해 유입되는 가열공기 등은 SCR 반응기(130)로 흘러 들어가기 이전에, 각자가 가지는 열 에너지를 적절하게 융합할 수 있는 호의적인 공간환경을 효과적으로 제공받을 수 있게 되며, 결국, 별다른 어려움 없이, 서로의 열 에너지를 융합/교환하면서, 적정 수준의 온도상승을 손쉽게 달성할 수 있게 된다.
당연하게도, 상술한 혼합 챔버(200)의 융합공간을 통해, 배기가스가 가지는 열 에너지, 가열공기가 가지는 열 에너지 등이 적절히 융합되고, 그 결과로, 배기가스 및 가열공기 간에 적정 수준의 온도상승이 이루어지게 되는 경우, 환원제 분사기(125)를 통해 분사되는 환원제 측에서는 별다른 어려움 없이, 이들에 의해 제공되는 고온의 온도환경 하에서, 효과적인 분해과정을 겪게 되며, 결국, SCR 촉매(132)로 유입되는 시점에서는, 해당 SCR 촉매(130)의 기능수행에 가장 적합한 화학적인 상태를 이룰 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 배기가스, 환원제, 가열공기 등이 유입되는 SCR 반응기(130)의 입구(I)에, <배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 일련의 열 에너지 융합공간을 정의할 수 있는 혼합 챔버(200)>를 추가 배치하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 배기가스, 가열공기 측에서는, 혼합 챔버(200) 측 융합공간을 토대로, 각자의 열 에너지를 고르게 융합시켜, 적정 수준의 온도상승을 이루면서, 환원제까지도 효과적으로 분해시킬 수 있게 되며, 결국, SCR 반응기(130) 측에서는, 별다른 어려움 없이, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 위한 열 에너지의 지원은 물론, 적정 수준으로 분해된 환원제까지도 효과적으로 공급받으면서, 최 적화된 유해물질(예컨대, 질소산화물) 환원처리절차를 탄력적으로 진행시킬 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 구현환경 하에서, 배기가스 유통라인(116)을 통해 유입되는 배기가스, 가열공기 유통라인(121)을 통해 유입되는 가열공기 등은 SCR 반응기(130)로 흘러 들어가기 이전에 혼합 챔버(200) 측 융합공간을 통해 각자의 열 에너지를 융합하게 되는 바, 물론, 이 상황 하에서, 가열공기 측 열 에너지 이외에, 별도의 열 에너지(또는, 열 에너지를 공급할 수 있는 별도의 매체)가 혼합 챔버(200) 내부로 추가 공급된다면, SCR 반응기(130) 측에서는, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 좀더 효과적으로 지원 받을 수 있을 뿐만 아니라, 그 분해가 더 많이 이루어진 환원제까지도 좀더 효과적으로 제공받을 수 있게 될 것이다.
이러한 민감한 상황 하에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시에서는 배기 리시버(114) 및 혼합 챔버(200) 사이에, <배기 리시버(114) 및 혼합 챔버(200)를 연결하면서, 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스를 혼합 챔버(200)로 추가 공급함으로써, 혼합 챔버(200) 측에서 배기가스의 열 에너지 및 가열공기의 열 에너지와 함께 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스의 열 에너지도 더불어 융합시킬 수 있도록 하는 제 1 리시버 배출가스 공급라인(150)>을 추가 배치하는 조치를 강구하게 된다.
이 경우, 제 1 리시버 배출가스 공급라인(150)에는 제어기(143)에 의해 제어되면서, 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스를 혼합 챔버(200) 측으로 불어 공급하는 리시버 배출가스 블로워(152), 제어기(143)에 의해 제어되면서, 제 1 리시버 배출가스 공급라인(150)을 흐르는 배기가스의 유량을 조절하는 밸브(151), 제어기(143)에 의해 제어되면서, 제 1 리시버 배출가스 공급라인(150)을 흐르는 배기가스의 유량을 탐지하는 리시버 배출가스 유량계(153), 제어기(143)에 의해 제어되면서, 제 1 리시버 배출가스 공급라인(150)을 흐르는 배기가스의 온도를 감지하는 센서(154) 등이 추가로 배치될 수 있다.
물론, 상술한 절차를 통해, <배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스를 혼합 챔버(200)로 추가 공급할 수 있는 제 1 리시버 배출가스 공급라인(150)>이 배기 리시버(114) 및 혼합 챔버(200) 사이에 추가 배치되는 상황 하에서, SCR 반응기(130)의 입구(I)에 배치된 혼합 챔버(200) 측으로는 배기가스 유통라인(116)을 통해 유입되는 배기가스, 가열공기 유통라인(121)을 통해 유입되는 가열공기와 더불어, 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스까지 한꺼번에 공급/융합되게 되며, 결국, SCR 반응기(130) 측에서는, 자가 성능수행 보증온도의 충족을 좀더 효과적으로 지원 받을 수 있을 뿐만 아니라, 그 분해가 더 많이 이루어진 환원제까지도 좀더 효과적으로 제공받을 수 있게 된다.
특히, 상기 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스는 터보 차저(113)를 거치지 않아, 그 온도가 매우 높기 때문에, 상술한 본 발명의 다른 구현환경 하에서, 선박 운영주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 혼합 챔버(200) 내부의 열 에너지 크기, 또는 SCR 반응기(130) 내부의 열 에너지 크기를 효과적으로 극대화시킬 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 구현환경 하에서, 공기가열기(119) 측에서는 외부로부터 공급되는 연료 및 공기를 토대로 고온의 가열공기를 생성한 후, 생성 완료된 가열공기를 가열공기 유통라인(121)을 통해 SCR 반응기(130) 측으로 공급함으로써, SCR 챔버(131) 내의 SCR 촉매(132)가 고온의 열 에너지 지원을 받으면서, 좀더 효과적인 유해물질 정화절차를 진행할 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
물론, 이 상황 하에서, 상기 공기가열기(119)는 고온의 가열공기를 SCR 반응기(130) 측으로 공급한다는 순기능을 수행하기는 하지만, 반면에, 연료를 소모하여, 전체적인 시스템 운영비용을 증가시킨다는 불필요한 단점도 나타내게 된다.
이러한 민감한 상황 하에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시에서는 배기 리시버(114) 및 공기가열기(119) 사이에, <배기 리시버(114) 및 공기가열기(119)를 연결하면서, 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스를 공기가열기(119)로 추가 공급할 수 있는 제 2 리시버 배출가스 공급라인(163)>을 추가 배치하는 조치를 강구하게 된다.
이 경우, 제 2 리시버 배출가스 공급라인(163)에는 제어기(143)에 의해 제어되면서, 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스를 공기가열기(119) 측으로 불어 공급하는 리시버 배출가스 블로워(160), 제어기(143)에 의해 제어되면서, 제 2 리시버 배출가스 공급라인(163)을 흐르는 배기가스의 유량을 조절하는 밸브(164), 제어기(143)에 의해 제어되면서, 제 2 리시버 배출가스 공급라인(163)을 흐르는 배기가스의 유량을 탐지하는 리시버 배출가스 유량계(181), 제어기(143)에 의해 제어되면서, 제 2 리시버 배출가스 공급라인(163)을 흐르는 배기가스의 온도를 감지하는 센서(162) 등이 추가로 배치될 수 있다.
물론, 상술한 절차를 통해, <배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스를 공기가열기(119)로 추가 공급할 수 있는 제 2 리시버 배출가스 공급라인(163)>이 배기 리시버(114) 및 공기가열기(119) 사이에 추가 배치되는 상황 하에서, 공기가열기(119) 측에서는 연료 이외에도, 고온의 배기가스를 추가로 공급받을 수 있게 되며, 결국, 소량의 연료소모 만으로도, 일련의 가열공기 생성절차 및 가열공기 공급절차를 별다른 문제점 없이 정상적으로 수행할 수 있게 된다.
특히, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 배기 리시버(114)로부터 배출되는 배기가스는 터보 차저(113)를 거치지 않아, 그 온도가 매우 높기 때문에, 상술한 본 발명의 또 다른 구현환경 하에서, 선박 운영주체 측에서는 해당 배기가스만으로도 공기가열기(119) 내부의 온도를 손쉽게 상승시키면서, 불필요한 연료의 소모를 효과적으로 최소화시킬 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 엔진의 채용이 필요한 여러 분야에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.
그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
I: SCR 반응기의 입구
10,100: 선박용 동력시스템
11,111: 엔진
12,112: 소기 리시버
13,113: 터보 차저
14,114: 배기 리시버
15,16,115,116: 배기가스 유통라인
17,18,20,40,42,45,117,118,120,140,142,145,151,164: 밸브
24,26,124,126,154,162: 센서
19,119: 공기가열기
21,121: 가열공기 유통라인
22,122: 환원제 가수분해 챔버
23,123: 환원제 공급 유로
25,125: 환원제 분사기
27,127: 용수 저장탱크
28,128: 환원제 저장탱크
29,129: 용수 공급 유로
30,130: SCR 반응기
31,131: SCR 챔버
32,132: SCR 촉매
43,143: 제어기
150: 제 1 리시버 배출가스 공급라인
152,160: 리시버 배출가스 블로워
153,161: 리시버 배출가스 유량계
163: 제 2 리시버 배출가스 공급라인
200: 혼합 챔버

Claims (3)

  1. 선체 추진용 엔진과;
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질을 정화시키는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 반응기와;
    상기 SCR 반응기로 환원제를 분사하는 환원제 분사기와;
    환원제를 가수분해하여, 암모니아를 생성한 후, 암모니아가 포함된 환원제를 상기 환원제 분사기 측으로 공급하는 환원제 가수분해 챔버와;
    상기 SCR 반응기로 가열공기를 공급하는 공기가열기와;
    상기 배기가스, 환원제 및 가열공기가 유입되는 상기 SCR 반응기의 입구에 배치되며, 상기 배기가스 및 가열공기의 열 에너지 융합을 위한 공간을 정의하는 혼합 챔버와;
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 균일화시키기 위한 배기 리시버(Exhaust gas receiver)와;
    상기 배기 리시버 및 상기 혼합 챔버를 연결하면서, 상기 배기 리시버로부터 배출되는 배기가스를 상기 혼합 챔버로 공급함으로써, 상기 혼합 챔버 측에서 배기가스의 열 에너지 및 가열공기의 열 에너지와 함께 상기 배기 리시버로부터 배출되는 배기가스의 열 에너지도 더불어 융합시킬 수 있도록 하는 제 1 리시버 배출가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 동력시스템.
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  3. 삭제
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KR20150035271 2015-03-13

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