KR101903406B1 - 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 출원은 선박에 탑재되는 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 본 출원의 일 형태에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 상기 배기가스 중 질소산화물을 환원시키되, 환원제로서 탄화수소를 사용하는 촉매모듈, 상기 환원제를 상기 촉매모듈에 공급하는 환원제 공급모듈 및 엔진에서 배출된 배기가스를 제습하여 상기 촉매모듈로 공급하되, 제습 전 제습온도로 냉각하고, 제습 후 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈의 환원반응이 일어나는 온도로 가열하는 제습모듈을 포함하는 배기가스 정화장치가 개시된다.

Description

배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박{Device for Purifying Exhaust and Vessel having the Same}

본 발명은 선박에 탑재되는 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

산업이 발달하면서 선박을 이용한 해상운송이 보다 확대되고 있다. 또한, 산업의 발달과 함께 환경오염의 우려 또한 대두되고 있으며, 그 대응책으로 많은 환경규제들이 생겨나고 있다.

통상 물류의 운송을 위한 선박은 유류 또는 가스를 연료로 하는 엔진에 의해 추진되는데, 이러한 경우 배기가스가 필연적으로 발생한다.

상기와 같은 배기가스 중 특히 질소산화물(NOx)은 환경에 끼치는 악영향이 매우 커서 주요한 환경규제의 대상이 되고 있다.

한편, 국제해사기구(IMO)에서는 환경보호를 위해 도 1과 같이 질소산화물의 배출을 등급별로 규제하고 있다.

상기와 같은 질소산화물의 배출 규정은 지역에 따라 다르게 적용되는데, 특히 Tier3 등급은 육지와 인접한 연안 등 특별히 지정된 배출가스 제한 구역(Emission Control Area)에서 적용되고 있다.

상기와 같은 배출가스 규정을 만족시키기 위해, 엔진의 효율을 높이거나 사용연료를 변경하거나 배기가스 중 황화합물(Sox) 또는 질소산화물(NOx)을 저감시키는 후처리를 하는 기술 등이 제시되고 있다.

상기와 같이 기술 중 배기가스를 후처리 하는 기술 중 질소산화물의 저감을 위하여 요소수를 이용한 선택적촉매환원법(SCR: Selective Catalytic Reduction)이 널리 사용되고 있다.

상기 요소수를 이용한 선택적촉매환원법은 도 2에 도시된 바와 같이, Al2O3, TiO2 등의 담체와 Pd, Pt, Rd, RU등의 활성성분으로 이루어진 촉매(40)가 엔진(10)의 배기가스의 배출경로(30)상에 배치시키고, 배기가스가 촉매(40)에 진입하기 전에 상기 배기가스에 환원제로서 요소수(Urea)를 분사하여 상기 촉매(40)에서 질소 산화물들이 질소로 환원되도록 반응시키는 방법이다.

그러나, 상기와 같은 요소수를 이용한 질소산화물의 선택적촉매환원법은 선박 내에 환원제로 사용되는 요소수를 별도로 탑재 저장해야 하므로, 연료를 저장하는 연료탱크(20) 이외에도 별도의 요소수 저장탱크(50)에 소요되는 공간이 필요한 문제가 있으며, 요소수를 구입해야 하는 문제가 있다.

또한, 일반적으로 선박의 엔진은 디젤엔진이 주를 이루는데, 상기 디젤엔진은 중유(HFO: Heavy Fuel Oil) 또는 경유(MDO: Marin Diesel Oil)를 사용하고 있다.

상기 중유는 경유에 비해 상대적으로 저렴한 대신에 특정 온도 이상으로 가열하고 정화시켜야 선박에서 연료로 사용할 수 있고, 질소산화물이나 황산화물 등의 유해물질이 더 많이 배출되는 경향을 보인다.

또한, 상기 경유는 중유에 비하여 상대적으로 가격이 비싸며 유해물질의 배출이 적으나 그래도 여전히 질소산화물이나 황산화물 등의 유해물질을 배출하고 있어 배기가스의 후처리가 필요하다.

한편, 최근에는 선박의 엔진 연료로서 중유나 경유 대신 천연가스를 연료로 사용하는 엔진이 개발되고 있다. 상기와 같은 천연가스를 사용하는 엔진의 경우 배기가스에 질소산화물이나 황산화물 등의 유해물질의 농도를 획기적으로 저감할 수 있다.

그러나, 비중이 매우 낮은 천연가스의 특징과 회전수가 낮고 연소실의 크기가 매우 큰 선박용 엔진의 특징으로 인해, 연소실에 공급된 천연가스중 일부가 미쳐 연소하지 못하고 배기가스로 배출되는 문제가 있다.

이러한 미연소 연료가 배기가스로 배출되는 현상을 슬립(Slip)이라 부르는데, 천연가스는 그 주성분이 메탄(CH4)이며, 메탄의 경우에는 지구온난화에 끼치는 온실효과의 영향이 이산화탄소의 23배에 달하는 점을 고려할 때, 슬립된 메탄은 반드시 해결되어야 하는 문제이다.

또한, 최근에는 앞서 설명한 중유나 경유 및 천연가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 이중연료엔진(Dual Fual Engine)이 개발되고 있어, 질소산화물은 물론 슬립된 메탄을 모두 처리할 수 있는 배기가스 정화장치의 필요성이 대두되고 있다.

한국공개특허 10-2012-0056476

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원은 질소산화물은 물론 슬립된 메탄을 모두 효율적으로 처리할 수 있는 배기가스 정화장치를 제공하는 것이 과제이다.

또한, 본 출원은 중유 및 경유 또는 천연가스를 연료로 사용하는 이중연료엔진을 탑재하여 보다 청정한 배기가스를 배출하는 선박을 제공하는 것이 과제이다.

본 출원의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 일 형태에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 상기 배기가스 중 질소산화물을 환원시키되, 환원제로서 탄화수소를 사용하는 촉매모듈, 상기 환원제를 상기 촉매모듈에 공급하는 환원제 공급모듈 및 엔진에서 배출된 배기가스를 제습하여 상기 촉매모듈로 공급하되, 제습 전 제습온도로 냉각하고, 제습 후 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈의 환원반응이 일어나는 온도로 가열하는 제습모듈을 포함하는 배기가스 정화장치가 개시된다.

상기 환원제 공급모듈은, 천연가스 저장탱크에 저장된 천연가스를 환원제로 사용할 수 있다.

상기 엔진은, 천연가스 저장탱크에 저장된 천연가스를 포함한 적어도 한 종류 이상을 연료로 사용하는 것일 수 있다.

상기 제습모듈은, 엔진에서 배출된 배기가스를 제습전에 제습온도로 냉각하는 냉각유닛, 상기 냉각유닛에서 제습온도로 냉각된 배기가스를 제습하는 제습유닛, 상기 제습유닛에서 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈의 환원반응이 일어나는 온도로 가열하는 히터, 상기 엔진에서 배출된 배기가스를 상기 냉각유닛을 거쳐 상기 제습유닛까지 안내하는 배기가스 공급유로부 및 상기 제습유닛에서 배출된 제습된 배기가스를 상기 히터까지 안내하는 제습가스 배출유로부를 포함할 수 있다.

상기 냉각유닛은, 천연가스 저장탱크에 저장된 액체상태의 천연가스의 기화열로서 상기 배기가스를 냉각시키도록 이루어질 수 있다.

상기 냉각유닛은, 해수 또는 청수와 열교환하여 상기 배기가스를 냉각시키도록 이루어질 수 있다.

상기 제습유닛은, 제1제습챔버 및 제2제습챔버를 포함하여 이루어져, 상기 제1제습챔버 또는 제2제습챔버 중 어느 하나가 제습의 수행이 불가할 때 다른 하나가 제습을 수행하도록 이루어질 수 있다.

상기 배기가스 공급유로부는, 상기 엔진에서 배출된 배기가스를 상기 냉각유닛을 거치도록 안내하는 메인 배기가스 공급라인, 상기 메인 배기가스 공급라인으로부터 분기(分岐)되며, 냉각된 배기가스를 상기 제1제습챔버로 안내하는 제1배기가스 공급라인 및 상기 메인 배기가스 공급라인으로부터 분기(分岐)되며, 냉각된 배기가스를 상기 제2제습챔버로 안내하는 제2배기가스 공급라인을 포함할 수 있다.

상기 제습가스 배출유로부는, 상기 제1제습챔버로부터 배출된 제습된 배기가스가 흐르는 제1제습가스라인, 상기 제2제습챔버로부터 배출된 제습된 배기가스가 흐르는 제2제습가스라인 및 상기 제1제습가스라인과 제2제습가스라인이 합기(合岐)되어 상기 제1제습가스라인 또는 제2제습가스라인의 제습된 배기가스를 상기 히터로 안내하는 메인제습가스라인을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 메인제습가스라인은, 상기 냉각유닛을 거치면서, 상기 메인제습가스라인을 흐르는 제습된 배기가스가 상기 배기가스 공급유로부를 흐르는 배기가스와 열교환한 후 상기 히터로 안내되도록 이루어질 수 있다.

상기 제습유닛을 건조하여 재생시키는 재생부가 더 구비될 수 있다.

상기 히터로부터 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제습유닛으로 공급하여 상기 제습유닛을 건조시키는 재생가스 공급유로부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 재생가스 공급유로부는, 상기 히터로부터 가열되고 제습된 배기가스 흐르는 메인 재생가스 공급라인, 상기 메인 재생가스 공급라인으로부터 분기되며, 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제1제습챔버로 안내하는 제1재생가스 공급라인 및 상기 메인 재생가스 공급라인으로부터 분기되며, 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제2제습챔버로 안내하는 제2재생가스 공급라인을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제습유닛을 건조시킨 후 상기 제습유닛으로부터 배출된 배기가스를 상기 제1제습챔버 또는 제2제습챔버 중 제습을 수행중인 측으로 순환되도록 상기 배기가스 공급유로부로 안내하는 재생가스 순환유로부가 더 포함되어 이루어질 수 있다.

상기 재생가스 순환유로부는, 상기 제1제습챔버를 건조시킨 후 배출된 배기가스가 흐르는 제1재생가스 순환라인, 상기 제2제습챔버를 건조시킨 후 배출된 배기가스가 흐르는 제2재생가스 순환라인 및 상기 제1재생가스 순환라인과 제2재생가스 순환라인이 합기되어 상기 제1재생가스 순환라인 또는 제2재생가스 순환라인의 배기가스가 상기 메인 배기가스공급라인의 상기 냉각유닛의 전류에서 상기 메인 배기가스 공급라인을 흐르는 배기가스와 합류되도록 안내하는 메인 재생가스 순환라인을 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 천연가스를 액화시켜 보관하는 천연가스 저장탱크, 상기 천연가스 저장탱크에 저장된 천연가스를 포함한 적어도 한 종류 이상을 연료로 사용하는 엔진 및 전술한 배기가스 정화장치를 포함하는 선박이 개시된다.

본 출원의 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 엔진의 연료로서 천연가스를 사용하므로, 배출가스중 질소산화물 등의 유해물질의 농도를 획기적으로 저감시킬 수 있다.

둘째, 상기한 엔진이 LNG 운반선에 적용될 경우 선박에 저장된 천연가스를 연료로 사용할 수 있으므로, 별도의 연료탱크가 필요없거나 연료탱크의 크기를 줄일 수 있어 천연가스 저장탱크의 크기를 더욱 확대시킬 수 있다.

셋째, 배기가스 중 질소산화물 등의 유해물질을 환원시키는 촉매에 공급되는 환원제로서 선박에 기 저장된 천연가스를 사용할 수 있어, 별도의 요소수 저장탱크가 필요없어 선박의 한정된 공간을 더욱 효율적으로 사용할 수 있으며 요소수를 따로 구매할 필요가 없어 운용의 편리성이 향상될 수 있다.

넷째, 엔진에서 슬립된 천연가스(메탄)를 환원제로 사용할 수 있어 배기가스 중 슬립된 메탄의 처리와 질소산화물의 처리를 동시에 이룰 수 있다.

다섯째, 촉매에 공급되는 배기가스의 수증기를 제습함으로써, 배기가스내 질소산화물의 환원효율을 현격히 상승시킬 수 있다.

여섯째, 제습모듈로 공급되는 배기가스를 제습온도로 냉각되어 제습효율이 향상되며, 제습된 후에는 촉매모듈의 환원반응이 일어나는 온도로 가열되므로 제습효율 및 질소산화물의 환원효율이 향상되는 효과가 있다.

본 출원의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 출원을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 국제해사기구의 질소산화물 배출규제 규정의 한 예를 나타낸 표;
도 2는 선박에 적용되는 요소수를 이용한 선택적촉매환원법의 배기가스 처리장치를 간략하게 도시한 도면;
도 3은 본 출원의 탄화수소를 이용한 배기가스 정화장치가 선박에 적용된 모습을 간략하게 도시한 단면도;
도 4는 본 출원의 배기가스 정화장치의 환원제 공급모듈의 구성을 간략하게 도시한 도면;
도 5는 배기가스에 포함된 수증기의 농도가 10%일 때 반응온도에 따른 질소산화물 환원율의 변화를 도시한 그래프;
도 6은 배기가스에 포함된 수증기의 농도가 0%일 때 반응온도에 따른 질소산화물 환원율의 변화를 도시한 그래프;
도 7은 도 4의 배기가스 정화장치의 제습모듈의 일 실시예의 구성을 간략하게 도시한 도면;
도 8 내지 도 9은 도 4의 배기가스 정화장치의 제습모듈의 다른 실시예의 구성을 간략하게 도시한 도면으로서,
도 8은 제1제습챔버가 제습을 하고, 제2제습챔버가 재생을 하는 상태를 도시한 도면;
도 9는 제1제습챔버가 재생을 하고, 제2제습챔버가 제습을 하는 상태를 도시한 도면;
도 10 내지 도 11은 도 4의 배기가스 정화장치의 제습모듈의 또 다른 실시예의 구성을 간략하게 도시한 도면으로서,
도 10은 제1제습챔버가 제습을 하고, 제2제습챔버가 재생을 하는 상태를 도시한 도면; 그리고,
도 11은 제1제습챔버가 재생을 하고, 제2제습챔버가 제습을 하는 상태를 도시한 도면이다.

이하 본 출원의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)가 선박(200)에 적용된 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 배기가스 정화장치는 반드시 이에 한정된 것은 아니며, 배기가스가 배출되는 엔진이 적용된 어떤 것에도 적용될 수 있다.

*상기 선박(200)은 액화천연가스(LNG)를 운반하는 LNG 운반선일 수 있다.

상기 LNG 운반선(200)은 액화천연가스를 저장하기 위한 다수개의 천연가스 저장탱크(210)가 구비되며, 선박(200)의 추진을 위한 엔진(230)이 구비된다.

그리고, 상기 엔진(230)에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관(242)이 선박의 연돌(240)에 설치될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 엔진(230)은 전통적인 연료인 중유나 경유는 물론 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 이중연료엔진(Dual Fuel Engine)이 적용될 수 있다.

상기 이중연료엔진(230)은 중유 또는 경유를 연료로 사용하다가 필요에 따라 상기 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 천연가스를 연료로 사용할 수 있도록 구비될 수 있다.

즉, 선박(200)의 천연가스 저장탱크(210)에 기 저장된 천연가스를 연료로 사용할 수 있으므로 중유 또는 경유의 저장량을 줄일 수 있으며, 액화천연가스의 운송시 천연가스 저장탱크(210) 내에서 액화천연가스가 기화하여 발생하는 증발가스(BOG: Boilled Off Gas)를 연료로 활용할 수 있으며 배기가스 중 질소산화물 등의 유해물질의 농도를 낮출 수 있다.

물론, 본 발명이 적용되는 엔진이 반드시 이중연료엔진에 한정될 필요는 없으며, 종래의 전통적인 중유나 경유를 연료로 사용하는 엔진 또는 천연가스만을 연료로 사용하는 엔진에도 적용 가능하다.

한편, 상기와 같은 엔진(230)은 배기가스가 필연적으로 발생되며, 발생된 배기가스는 배기관(242)을 타고 연돌(240)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

그리고, 배기가스의 배출경로상에 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)가 설치될 수 있다.

본 실시예에 따른 배기가스 정화장치(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 촉매모듈(110)과 환원제 공급모듈(120) 및 제습모듈(300)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 촉매모듈(110)은 상기 엔진(230)에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 배기가스 중 질소산화물(NOx)등의 유해물질을 환원시키도록 이루어지는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치(100)의 촉매모듈(110)은 환원제로서 종래의 요소수가 아닌 탄화수소를 환원제로 사용하도록 이루어질 수 있다.

상기 촉매모듈(110)에 공급되는 탄화수소계열의 환원제로서 탄화수소(Hydro Carbon)가 포함된 물질, 예를 들어 경유 등의 연료, 을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 대량으로 저장된 천연가스를 환원제로서 사용할 수 있다.

상기 환원제 공급모듈(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 천연가스를 환원제로서 상기 촉매모듈(110)에 공급하도록 이루어질 수 있다.

상기 천연가스는 메탄(CH4)이 주성분이며, 이러한 천연가스가 환원제로서 촉매에 공급되면 배기가스와 혼합되어 상기 촉매에서 다음과 같은 반응이 일어날 수 있다.

2NO + CH4 +O2 -> N2 + CO2 + 2H2O

즉, 상기 촉매모듈(110)에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)이 환원제 및 산소와 반응하여 무해한 질소와 이산화탄소 및 수분으로 환원될 수 있다.

상기 환원제 공급모듈(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 환원제 공급관(122)과 압축기(124) 및 환원제 공급밸브(126)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 환원제 공급관(122)은 상기 천연가스 저장탱크(210)로부터 천연가스를 상기 촉매모듈(110)로 안내하는 구성요소일 수 있다.

상기 압축기(124)는 상기 환원제 공급관(122) 내부의 천연가스가 상기 촉매모듈(110) 측으로 흐르도록 압력을 형성시키는 구성요소이다.

그리고, 상기 환원제 공급밸브(126)는 상기 환원제 공급관(122)을 개폐하여 상기 촉매모듈(110)로 공급되는 환원제의 공급을 제어하는 구성요소이다.

한편, 상기 촉매모듈(110)에 공급되는 배기가스내 수증기 농도에 따라 상기 촉매모듈(110)에서 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질의 환원효율이 달라질 수 있다.

일반적으로, 엔진(230)의 연소실에서 연료가 연소될 때, 연료의 수소와 공기중 산소가 결합하여 수증기가 생성될 수 있다.

도 5는 배기가스에 포함된 수증기의 농도가 10%일 때 촉매별 반응온도에 따른 질소산화물 환원율의 변화를 도시한 그래프이며, 도 6은 배기가스에 포함된 수증기의 농도가 0%일 때 반응온도에 따른 촉매별 질소산화물 환원율의 변화를 도시한 그래프이다.

도 5 및 도 6의 그래프는 Lee et al., Appl. Catal. B: Environ. 41 (2003) 115 에 개시된 그래프이다.

상기 도 5의 그래프와 도 6의 그래프를 비교하여 보면, 배기가스내 수증기의 농도가 적을 때 촉매모듈에서 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도범위인 섭씨300도~섭씨550도 사이에서 질소산화뮬의 환원율이 현격하게 상승하는 경향이 나타남을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)는 상기 엔진(230)에서 배출되는 배기가스를 상기 촉매모듈(110) 전에 제습함으로써 상기 촉매모듈(110)에서 질소산화물의 환원효율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 엔진(230)에서 배출되는 배기가스를 제습하여 상기 촉매모듈(110)에 공급하는 제습모듈(300)이 구비될 수 있다.

도 7은 본 실시예에 따른 제습모듈(300)의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 제습모듈(300)은 냉각유닛(320)과 제습유닛(310), 히터(330), 배기가스 공급유로부(340), 제습가스 배출유로부(350) 및 배수관(312)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제습유닛(310)은 상기 엔진(230)에서 배출된 배기가스에 포함된 수증기를 제습하는 구성요소이다. 그리고, 상기 배기가스 공급유로부(340)는 상기 엔진에서 배출된 배기가스를 상기 제습유닛(310) 측으로 안내하는 구성요소일 수 있다.

일반적으로, 상기 엔진(230)에서 배출되는 배기가스의 온도는 연료가 경유일 때는 섭씨250도 이상이며, 연료가 천연가스일 때는 섭씨300도 이상이며, 상기 제습유닛(310)이 제올라이트 등의 흡착제가 적용된 흡착제습방식이 적용된 경우 섭씨200도 이하에서 제습반응이 일어난다. 반면, 상기 제습유닛(310)의 온도가 섭씨200도 보다 더 높은 경우는 오히려 제습유닛(310) 내부의 습기가 건조되는 건조재생반응이 일어나게 되어 제습유닛(310)을 통과한 배기가스에 수분이 더 함유될 수 있다.

그러므로, 상기 엔진(230)에서 배출된 고온의 배기가스가 상기 제습유닛(310)에 공급되기 전에 냉각되어야 할 필요성이 있다.

따라서, 상기 제습유닛(310)이 구비되어 상기 제습유닛(310)에 공급되는 배기가스의 온도를 상기 제습유닛(310)의 제습반응이 일어나는 온도로 냉각하도록 이루어질 수 있다.

상기 배기가스 공급유로부(340)는 상기 엔진(230)에서 배출된 배기가스를 상기 냉각유닛(320)을 거쳐 상기 제습유닛(310)까지 안내하도록 파이프의 형태로 이루어질 수 있다.

상기 냉각유닛(320)은 선박의 천연가스 저장탱크에 저장된 액화천연가스의 기화열을 이용한 열교환기일 수 있다. 통상 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 액화천연가스는 액체상태를 유지하기 위하여 극저온 상태이며, 이러한 액화천연가스는 기화될 때 주변의 열을 흡열하며, 이러한 액화천연가스의 기화열을 이용하여 상기 배기가스를 냉각시킬 수 있다.

기화된 액화천연가스는 다시 천연가스 저장탱크(210)로 되돌려지거나 엔진(230)이나 보일러(미도시) 등 기화된 천연가스를 필요로 하는 곳에 공급될 수 있다.

상기 제습가스 배출유로부(350)는 상기 제습유닛(310)에서 제습되어 배출되는 배기가스를 상기 촉매모듈(110)까지 안내하는 구성요소이다.

*한편, 상기 제습유닛(310)에서 제습된 후 배출되는 배기가스의 온도는 상기 배기가스가 냉각유닛(320)을 거치면서 냉각된 온도에 해당하는 섭씨200도 이하일 수 있는데, 상기 촉매모듈(110)에서 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도는 섭씨280도에서 섭씨550도 범위이다.

따라서, 상기 제습유닛(310)에서 제습 후 상기 촉매모듈(110)로 공급되는 배기가스는 상기 촉매모듈(110)에서 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도보다 낮으므로, 별도의 가열이 필요할 수 있다.

상기 히터(330)는 상기 제습유닛(310)에서 제습 후에 배출되어 상기 촉매모듈(110)로 공급되는 배기가스를 가열하도록 상기 제습가스 배출유로부(350)상에 구비되는 구성요소이며, 상기 배기가스를 상기 촉매모듈(110)에서 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도로 가열하도록 이루어질 수 있다.

따라서, 엔진(230)에서 배출된 배기가스는 냉각유닛(320)에서 제습유닛(310)의 제습이 일어나는 온도로 냉각된 후에 상기 제습유닛(310)을 통과하면서 제습이 이루어지고, 상기 제습유닛(310)에서 제습된 배기가스는 상기 히터(330)를 통과하면서 상기 촉매모듈(110)의 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도로 가열되어 촉매모듈(110)로 공급될 수 있다.

그리고, 상기 촉매모듈(110)에서 질소산화물의 환원반응이 일어나 정화된 후에 배출되며, 상기 제습유닛(310)에서 제습된 수분은 배수관(312)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 제습유닛(310)에 흡착제습방식이 적용된 경우엔 상기 제습유닛 내부의 흡착제가 포화상태에 이르면 더 이상의 제습이 불가능할 수 있다. 따라서, 상기 제습유닛(310)의 흡착제를 건조시켜 상기 제습유닛(310)을 재생시키는 재생부(370)가 더 구비될 수 있다.

상기 재생부(370)는 상기 제습유닛(310)의 내부를 전기등을 이용하여 가열하거나 외부로부터 고온의 가스가 유입되어 상기 제습유닛(310) 내부의 흡착제를 가열하여 건조시키도록 이루어질 수 있다.

이하, 본 출원에 따른 배기가스 정화장치의 다른 실시예를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.

본 실시예의 설명에서 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 도면부호를 사용하며, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 전술한 실시예와 비교하여 상기 제습모듈(400)의 구성에서 차이점이 있으며, 본 실시예의 설명은 상기 제습모듈을 중심으로 설명하며 다른 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

전술한 실시예에서는 제습유닛(310)이 하나로 이루어지나, 본 실시예에서는 제습유닛(410)이 제1제습챔버(412)와 제2제습챔버(414)로 이루어져, 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414) 중 어느 하나가 포화상태에 이르는 등 제습의 수행이 불가할 때 다른 하나가 제습을 수행함으로써, 제습을 중단없이 지속적으로 수행하도록 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 배기가스 정화장치(100)의 제습모듈(400)은 냉각유닛(420)과 제습유닛(410), 히터(430), 배기가스 공급유로부(440) 및 제습가스 배출유로부(450)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제습유닛(410)은 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1제습챔버(412)와 제2제습챔버(414)를 포함하여 이루어지며, 예를 들어, 상기 제1제습챔버(412)가 포화상태에 이르러 제습의 수행이 불가능할 때에는 상기 제2제습챔버(414)가 제습을 수행하며, 그 사이 상기 제1제습챔버(412)는 재생을 통해 건조되어 다시 제습을 수행할 준비를 하도록 이루어질 수 있다.

상기 제1제습유닛(410)과 제2제습유닛(410)에는 제습되어 응축된 수분을 배출할 수 있도록 제1배수관(416)과 제2배수관(418)이 각각 설치될 수 있다.

상기 냉각유닛(420)은 상기 배기가스를 상기 제습유닛(410)에서 제습이 일어나는 온도로 냉각하는 구성요소로서, 제1열교환기(422)와 제2열교환기(424)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1열교환기(422)는 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 액화천연가스의 기화열을 이용하도록 이루어질 수 있다. 통상 선박(200)의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 액화천연가스는 액체상태를 유지하기 위하여 극저온 상태이며, 이러한 액화천연가스는 기화될 때 주변의 열을 흡열하며, 이러한 액화천연가스의 기화열을 이용하여 상기 배기가스를 냉각시킬 수 있다.

기화된 액화천연가스는 다시 천연가스 저장탱크(210)로 되돌려지거나 엔진(230)이나 보일러(미도시) 등 기화된 천연가스를 필요로 하는 곳에 공급될 수 있다.

상기 제2열교환기(424)는 선박(200)이 위치된 수역의 해수 또는 청수를 이용하여 상기 배기가스를 냉각하도록 이루어질 수 있다.

상기 제1열교환기(422)와 제2열교환기(424) 중 어느 하나가 단독으로 사용될 수도 있고, 또는 이 둘이 조합되어 사용될 수도 있다.

예를 들어 상기 제1열교환기(422)와 제2열교환기(424)를 직렬로 배치하여 일차적으로 상기 제1열교환기(422)에서 액화천연가스의 기화열을 이용하여 배기가스를 냉각한 후에 배기가스의 냉각이 충분치 않을 경우 상기 제2열교환기(424)에서 해수 및 청수와 열교환하여 추가적으로 열교환이 이루어져 충분히 냉각되도록 이루어질 수 있다.

상기 배기가스 공급유로부(440)는, 상기 엔진(230)에서 배출된 배기가스를 상기 냉각유닛(420)을 거쳐 상기 제습유닛(410)까지 안내하는 구성요소로서, 메인 배기가스 공급라인(442)과 제1배기가스 공급라인(444) 및 제2배기가스 공급라인(446)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 메인 배기가스 공급라인(442)은 상기 엔진(230)에서 배출된 배기가스가 상기 냉각유닛(420)을 거치도록 파이프 등의 형태로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제1배기가스 공급라인(444)은 상기 메인 배기가스 공급라인(442)으로부터 분기(分岐)되며, 상기 메인 배기가스 공급라인(442)에서 냉각유닛(420)을 거쳐 냉각된 배기가스를 상기 제1제습챔버(412)로 안내하는 구성요소이다.

그리고, 상기 제2배기가스 공급라인(446)은 상기 메인 배기가스 공급라인(442)으로부터 분기(分岐)되며, 상기 메인 배기가스 공급라인(442)에서 냉각유닛(420)을 거쳐 냉각된 배기가스를 상기 제2제습챔버(414)로 안내하는 구성요소이다.

그리고, 상기 메인 배기가스 공급라인(442)로부터 상기 제1배기가스 공급라인(444)과 제2배기가스 공급라인(446)이 분기되는 지점에 제1삼방밸브(481)가 구비될 수 있다. 상기 제1삼방밸브(481)는 공급되는 배기가스를 상기 제1배기가스 공급라인(444) 또는 제2배기가스 공급라인(446)으로 선택적으로 공급하도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 제습가스 배출유로부(450)는 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)에서 배출된 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈(110)까지 안내하는 구성요소로서, 제1제습가스라인(452), 제2제습가스라인(454) 및 메인제습가스라인(456)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1제습가스라인(452)은 상기 제1제습챔버(412)로부터 배출된 제습된 배기가스가 흐르는 구성요소이며, 상기 제2제습가스라인(454)은 상기 제2제습챔버(414)로부터 배출된 제습된 배기가스가 흐르는 구성요소이다.

그리고, 상기 메인제습가스라인(456)은 상기 제1제습가스라인(452)과 제2제습가스라인(454)이 합기(合岐)되어 상기 제1제습가스라인(452) 또는 제2제습가스라인(454)의 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈(110)로 안내하는 구성요소이다.

상기 제1제습가스라인(452)과 제2제습가스라인(454)이 상기 메인제습가스라인(456)과 합기되는 부분에는 제2삼방밸브(482)가 구비되어 상기 제1제습가스라인(452)의 배기가스를 상기 메인제습가스라인(456)으로 흐르도록 하거나 상기 제2제습가스라인(454)의 배기가스를 상기 메인제습가스라인(456)으로 흐르도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 메인 제습가스라인(456) 상에는 히터(430)가 구비될 수 있다.

상기 히터(430)는 상기 촉매모듈(110)을 향하는 상기 메인제습가스라인(456) 상의 배기가스를 상기 촉매모듈(110)에서 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도로 가열하는 구성요소이다.

따라서, 상기 메인제습가스라인(456)을 흐르는 제습된 배기가스는 상기 히터(430)를 거치면서 상기 촉매모듈(110)의 질소산화물의 환원반응이 일어나는 온도로 가열된 후 상기 촉매모듈(110)로 공급될 수 있다.

한편, 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414) 내부의 흡착제에 수분이 포화상태에 이르러 재생이 필요할 때 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)에 제습되고, 상기 히터(430)에서 가열된 배기가스를 공급하여 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414) 내 흡착제를 건조시켜 재생시키는 재생가스 공급유로부(460)가 더 구비될 수 있다.

상기 재생가스 공급유로부(460)는, 메인 재생가스 공급라인(462)과, 제1재생가스 공급라인(464), 제2재생가스 공급라인(466)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 메인 재생가스 공급유로부(460)는 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 배기가스 중 일부가 분기되어 흐르도록 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 배기가스는 상기 제습유닛(410)을 거친 후 이므로 제습된 상태이며, 상기 히터(430)를 거친 배기가스는 상기 촉매모듈(110)에서 환원반응이 일어나는 온도로 가열된 상태이므로, 상기 제습유닛(410)을 건조시키기에 충분하게 가열된 상태일 수 있다.

그리고, 상기 제1재생가스 공급라인(464)과 제2재생가스 공급라인(466)은 상기 메인 재생가스 공급라인(462)으로부터 분기되며, 상기 메인 재생가스 공급라인(462)을 흐르는 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제1재생가스 공급라인(464) 또는 제2재생가스 공급라인(466)으로 각각 안내하도록 이루어질 수 있다.

상기 메인 재생가스 공급라인(462)에는 배기가스를 흐르는 압력을 제공하는 펌핑수단(468)이 구비될 수 있으며, 상기 제1재생가스 공급라인(464)과 제2재생가스 공급라인(466)이 분기되는 지점에는 제3삼방밸브(483)가 설치되어 상기 메인 재생가스 공급라인(462)을 흐르는 배기가스를 상기 제1재생가스 공급라인(464) 또는 제2재생가스 공급라인(466)으로 흐르도록 제어할 수 있다.

따라서, 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)가 포화상태에 이르렀을 때에는 상기 재생가스 공급유로부(460)를 통해 건조되고 가열된 공기를 공급받음으로써 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414) 내부의 수분이 포화된 흡착제를 건조시켜 재생시킬 수 있다.

한편, 상기 제1제습챔버(412)와 제2제습챔버(414)를 건조시킨 배기가스는 상기 촉매모듈(110)을 거치기 전이므로 질소산화물 등의 유해물질이 환원되지 않은 상태이므로 그대로 배출하면 환경오염의 우려가 있다.

따라서, 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)를 건조시킨 후 상기 제습유닛(410)으로부터 배출된 배기가스를 상기 배기가스 공급유로부(440)로 안내하여 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414) 중 제습을 수행중인 측으로 순환되도록 하는 재생가스 순환유로부(470)가 더 구비될 수 있다.

상기 재생가스 순환유로부(470)는, 재1재생가스 순환라인(472)과 재2재생가스 순환라인(474) 및 메인 재생가스 순환라인(476)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 재1재생가스 순환라인(472)은 상기 제1제습챔버(412)를 건조시킨 후 배출된 배기가스가 흐르며, 상기 제1제습가스라인(452)으로부터 분기될 수 있다.

상기 재2재생가스 순환라인(474)은 상기 제2제습챔버(414)를 건조시킨 후 배출된 배기가스가 흐르며, 상기 제2제습가스라인(454)으로부터 분기될 수 있다.

그리고, 상기 메인 재생가스 순환라인(476)은 상기 재1재생가스 순환라인(472)과 재2재생가스 순환라인(474)이 합기되어 상기 재1재생가스 순환라인(472) 또는 상기 재2재생가스 순환라인(474)을 흐르는 배기가스를 상기 배기가스 공급유로부(440)의 메인 배기가스 공급라인(442)으로 안내하여 상기 메인 배기가스 공급라인(442)을 흐르는 배기가스와 합류되어 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)로 흐르도록 이루어지는 구성요소이다.

이 때, 상기 메인 재생가스 순환라인(476)을 흐르는 배기가스는 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 상태이므로, 상기 메인 재생가스 순환라인(476)은 상기 메인 배기가스 공급라인(442)의 상기 냉각유닛(420)의 전류측에 합기되어 상기 메인 재생가스 순환라인(476)을 통해 공급되는 배기가스가 상기 냉각유닛(420)에서 제습유닛(410)의 제습이 이루어지는 온도로 냉각되도록 이루어질 수 있다.

상기 메인 재생가스 순환라인(476)에는 역류방지밸브(486)가 구비되어 상기 메인 배기가스 공급라인(442)을 흐르는 배기가스가 상기 메인 재생가스 순환라인(476) 측으로 역류되는 것을 방지하도록 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 재1재생가스 순환라인(472)이 상기 제1제습가스라인(452)으로부터 분기되는 지점에는 제4삼방밸브(484)가 설치되어 상기 제1제습챔버(412)에서 제습된 배기가스는 상기 메인제습가스라인(456) 측으로 흐르도록 하고 또는 상기 제1제습챔버(412)를 건조시킨 배기가스는 상기 제1재생가스 순환라인(472)측으로 흐르도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 재2재생가스 순환라인(474)이 상기 제2제습가스라인(454)으로부터 분기되는 지점에는 제5삼방밸브(485)가 설치되어 상기 제2제습챔버(414)에서 제습된 배기가스는 상기 메인제습가스라인(456) 측으로 흐르도록 하고 또는 상기 제2제습챔버(414)를 건조시킨 배기가스는 상기 재2재생가스 순환라인(474) 측으로 흐르도록 제어할 수 있다.

이하, 본 실시예에 따른 제습모듈(400)의 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)가 제습과 재생을 교번적으로 실시할 때 배기가스의 흐름을 설명하도록 한다.

먼저, 도 8을 참조하여, 상기 제1제습챔버(412)가 제습을 수행하고, 제2제습챔버(414)가 재생중일 때의 배기가스의 흐름을 설명하도록 한다. 도 7은 상기 제1제습챔버(412)가 제습을 수행하고, 제2제습챔버(414)가 재생중일 때 배기가스의 흐름을 도시한 도면이다.

도면에서 이중쇄선은 상기 제습유닛(410)으로 공급되는 배기가스 및 제습된 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었으며, 점선은 상기 제습유닛(410)을 건조시키는 배기가스 및 건조시킨 후 순환되는 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었다.

엔진(230)에서 배출된 배기가스는 상기 배기가스 공급유로부(440)의 메인 배기가스 공급라인(442)을 거치면서 상기 냉각유닛(420)에 의해 냉각된 후 상기 제1삼방밸브(481)에서 상기 제1배기가스 공급라인(444) 측으로 흐를 수 있다.

이 때, 상기 제1삼방밸브(481)는 상기 메인 배기가스 공급라인(442) 및 제1배기가스 공급라인(444) 측으로 개방되며, 제2배기가스 공급라인(446) 측은 폐쇄되어 배기가스가 상기 제2배기가스 공급라인(446)으로 공급되지 아니한다.

상기 제1배기가스 공급라인(444) 측으로 흐른 배기가스는 상기 제1제습챔버(412)에서 제습된 후에 상기 제습가스 배출유로부(450)를 통해 상기 촉매모듈(110)로 흐를 수 있다.

이 때, 상기 제4삼방밸브(484)는 상기 메인제습가스라인(456) 측으로 개방되며, 재1재생가스 순환라인(472) 측은 폐쇄되어 상기 제1제습챔버(412)에서 제습된 후 배출되는 배기가스가 상기 제1제습가스라인(452)을 통해 상기 메인제습가스라인(456) 측으로 흐를 수 있다.

또한, 상기 제2삼방밸브(482)는 상기 제1제습가스라인(452)측과 메인제습가스라인(456) 측이 개방되며 상기 제2제습가스라인(454)측은 폐쇄되어 상기 제1제습챔버(412)에서 제습된 배기가스가 상기 제2제습가스라인(454)측으로 역류하는 것이 차단될 수 있다.

상기 메인제습가스라인(456)을 흐르는 배기가스는 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 후 상기 촉매모듈(110)로 공급될 수 있으며, 상기 촉매모듈(110)에서는 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질이 환원된 후 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 배기가스 중 일부가 상기 재생가스 공급유로부(460)를 통해 제2제습챔버(414)로 공급될 수 있다.

이 때, 상기 제3삼방밸브(483)는 상기 제1재생가스 공급라인(464)측이 폐쇄되며 상기 메인 재생가스 공급라인(462) 및 상기 제2재생가스 공급라인(466) 측이 개방될 수 있다.

따라서, 상기 메인 재생가스 공급라인(462) 측으로 흐른 가열된 배기가스는 상기 제2재생가스 공급라인(466)을 통해 제2제습챔버(414)로 공급되어 상기 제2제습챔버(414) 내부를 건조하여 제2제습챔버(414)를 재생시킬 수 있다.

상기 제2제습챔버(414)를 건조시킨 배기가스는 상기 재생가스 순환유로부(470)를 통해 제1제습챔버(412) 측으로 공급될 수 있다.

이 때, 상기 제5삼방밸브(485)는 제2제습가스라인(454) 측이 폐쇄되고, 재2재생가스 순환라인(474)측이 개방될 수 있다.

즉, 상기 제2제습챔버(414)를 건조시킨 배기가스는 상기 제5삼방밸브(485)를 거치면서 상기 재2재생가스 순환라인(474) 측으로 안내될 수 있다. 이 때, 상기 제4삼방밸브(484)의 재1재생가스 순환라인(472) 측이 폐쇄되어 있으므로, 상기 배기가스가 상기 재1재생가스 순환라인(472)을 통해 제1제습챔버(412)로 역류되는 것이 차단될 수 있다.

상기 재2재생가스 순환라인(474)으로 안내된 배기가스는 상기 메인 재생가스 순환라인(476)으로 안내되어 상기 메인 배기가스 공급라인(442)으로 안내될 수 있다. 상기 메인 배기가스 공급라인(442)으로 안내된 배기가스는 상기 냉각유닛(420)을 거친 후에 상기 제1제습챔버(412)로 안내되어 전술한 과정을 반복할 수 있다.

이하, 도 9를 참조하여, 상기 제2제습챔버(414)가 제습을 수행하고, 제1제습챔버(412)가 재생중일 때의 배기가스의 흐름을 설명하도록 한다. 도 8은 상기 제2제습챔버(414)가 제습을 수행하고, 제1제습챔버(412)가 재생중일 때 배기가스의 흐름을 도시한 도면이다.

도면에서 이중쇄선은 상기 제습유닛(410)으로 공급되는 배기가스 및 제습된 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었으며, 점선은 상기 제습유닛(410)을 건조시키는 배기가스 및 건조시킨 후 순환되는 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었다.

엔진(230)에서 배출된 배기가스는 상기 배기가스 공급유로부(440)의 메인 배기가스 공급라인(442)을 거치면서 상기 냉각유닛(420)에 의해 냉각된 후 상기 제1삼방밸브(481)에서 제2배기가스 공급라인(446) 측으로 흐를 수 있다.

이 때, 상기 제1삼방밸브(481)는 상기 제2배기가스 공급라인(446) 측으로 개방되며, 상기 제1배기가스 공급라인(444) 측은 폐쇄되어 배기가스가 상기 제1배기가스 공급라인(444) 측으로 공급되지 아니하도록 이루어질 수 있다.

*상기 제2배기가스 공급라인(446) 측으로 흐른 배기가스는 상기 제2제습챔버(414)에서 제습된 후에 상기 제습가스 배출유로부(450)를 통해 상기 촉매모듈(110)로 흐를 수 있다.

이 때, 상기 상기 제5삼방밸브(485)는 상기 제2제습가스라인(454) 측이 개방되고 상기 재2재생가스 순환라인(474)측은 폐쇄되어, 상기 제2제습챔버(414)에서 제습된 후 배출되는 배기가스가 상기 제2제습가스라인(454)을 통해 상기 메인제습가스라인(456) 측으로 흐를 수 있다.

또한, 상기 제2삼방밸브(482)는 상기 제2제습가스라인(454)측과 메인제습가스라인(456)측이 개방되며 상기 제1제습가스라인(452)측은 폐쇄되어 상기 제2제습챔버(414)에서 제습된 배기가스가 상기 제1제습가스라인(452) 측으로 역류되는 것이 차단될 수 있다.

상기 메인제습가스라인(456)을 흐르는 배기가스는 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 후 상기 촉매모듈(110) 측으로 공급될 수 있으며, 상기 촉매모듈(110)에서는 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질이 환원된 후 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 배기가스 중 일부가 상기 재생가스 공급유로부(460)를 통해 제1제습챔버(412)로 공급될 수 있다.

이때, 상기 제3삼방밸브(483)는 상기 제1재생가스 공급라인(464)측이 개방되며, 상기 제2재생가스 공급라인(466)측이 폐쇄될 수 있다.

따라서, 상기 메인 재생가스 공급라인(462) 측으로 흐른 가열된 배기가스는 상기 제1재생가스 공급라인(464)을 통해 제1제습챔버(412)로 공급되어 상기 제1제습챔버(412) 내부를 건조하여 제1제습챔버(412)를 재생시킬 수 있다.

상기 제1제습챔버(412)를 건조시킨 배기가스는 상기 재생가스 순환유로부(470)를 통해 제2제습챔버(414) 측으로 공급될 수 있다.

이 때, 상기 상기 제4삼방밸브(484)는 상기 메인제습가스라인(456) 측은 폐쇄되고 상기 재1재생가스 순환라인(472)측은 개방될 수 있다.

즉, 상기 제1제습챔버(412)를 건조시킨 배기가스는 상기 제4삼방밸브(484)를 거치면서 상기 재1재생가스 순환라인(472) 측으로 안내될 수 있다. 이 때, 상기 제5삼방밸브(485)의 재2재생가스 순환라인(474)측이 폐쇄되어 있으므로, 상기 배기가스가 상기 재2재생가스 순환라인(474)을 통해 제2제습챔버(414)로 역류되는 것이 차단될 수 있다.

상기 재1재생가스 순환라인(472)으로 안내된 배기가스는 상기 메인 재생가스 순환라인(476)으로 안내되어 상기 메인 배기가스 공급라인(442)으로 안내될 수 있다. 상기 메인 배기가스 공급라인(442)으로 안내된 배기가스는 상기 냉각유닛(420)을 거친 후에 상기 제2제습챔버(414)로 안내되어 전술한 과정을 반복할 수 있다.

한편, 상기 제1제습챔버(412) 및 제2제습챔버(414)가 흡착식 제습방식이 아닌 분리막식 제습방식으로 이루어진 경우, 재생가스 공급유로부(460)가 구비되지 않는 것도 가능하다. 상기 제1제습챔버(412) 및 제2제습챔버(414)가 분리막식 제습방식으로 이루어진 경우 별도의 재생과정이 필요치 않으나, 상기 제습유닛(410)에 예기치 않은 고장이 발생할 경우를 대비하여 제1제습챔버(412) 및 제2제습챔버(414) 등 적어도 두 개의 제습챔버를 가지도록 이루어질 수 있다.

이하, 본 출원에 따른 배기가스 정화장치의 또 다른 실시예에 대해서 도 10 및 도 11을 참조하여 설명하고자 한다.

본 실시예의 설명에서 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 도면부호를 사용하며, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 전술한 실시예의 제습모듈(400)과 비교하여 상기 제습모듈(401)의 제습가스 배출유로부(451) 및 냉각유닛(421)에 대해서 차이점이 있으며, 본 실시예의 설명은 상기 제습모듈(401)의 제습가스 배출유로부(451)및 냉각유닛(421)을 중심으로 설명하고 다른 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전술한 실시예의 제습가스 배출유로부(450)는 상기 제습유닛(410)에서 제습된 배기가스가 상기 히터(430)를 거쳐 촉매모듈(110)로 안내되었으나, 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 제습모듈(401)의 제습가스 배출유로부(451)는 상기 제습유닛(410)에서 제습된 배기가스가 상기 냉각유닛(421)을 거치기 전의 고열의 배기가스와 열교환 된 후 히터(430)로 흐르도록 이루어질 수 있다.

상기 제습가스 배출유로부(451)는 상기 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)에서 배출된 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈(110)까지 안내하는 구성요소로서, 제1제습가스라인(453), 제2제습가스라인(455) 및 메인 제습가스라인(457)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1제습가스라인(453)은 상기 제1제습챔버(412)로부터 배출된 제습된 배기가스가 흐르도록 이루어지며, 상기 제2제습가스라인(455)은 상기 제2제습챔버(414)로부터 배출된 제습된 배기가스가 흐르도록 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 메인 제습가스라인(457)은 상기 제1제습가스라인(453)과 제2제습가스라인(455)이 합기(合岐)되어 상기 제1제습가스라인(453) 또는 제2제습가스라인(455)의 제습된 배기가스를 상기 히터(430)를 거쳐 상기 촉매모듈(110)로 안내하도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1제습가스라인(453)으로부터 재1재생가스 순환라인(472)이 분기되며, 분기되는 부분에 제4삼방밸브(484)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2제습가스라인(455)으로부터 재2재생가스 순환라인(474)이 분기되며, 분기되는 부분에 제5삼방밸브(485)가 구비될 수 있다.

본 실시예의 배기가스 정화장치의 제습모듈(401)에서는 전술한 실시예의 제2삼방밸브(482)는 구비되지 않아도 작동이 가능하다.

또한, 본 실시예의 냉각유닛(421)은 제3열교환기(426)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 메인 제습가스라인(457)은 제3열교환기(426)를 거치도록 이루어질 수 있다.

상기 제3열교환기(426)는 상기 메인 제습가스라인(457)을 흐르는 제습된 배기가스가 상기 냉각유닛(421) 전의 배기가스 공급유로부(440)를 흐르는 배기가스와 열교환되도록 이루어지는 구성요소이며, 상기 제1열교환기(422) 또는 제2열교환기(424)보다 전류측에 위치될 수 있다.

따라서, 상기 메인 제습가스라인(457)을 흐르는 배기가스는 상기 제3열교환기(426)를 거치면서, 상기 배기가스 공급유로부(440)를 흐르는 냉각 전의 배기가스와 열교환된 후 상기 히터(430)로 흐를 수 있다.

이는, 상기 메인 제습가스라인(457)을 흐르는 배기가스는 냉각 전 배기가스의 온도보다 낮은 온도를 가지는데, 상기 제3열교환기(426)를 거치면서 상기 히터(430)로 향하는 제습된 배기가스는 상기 냉각유닛(421)을 거치기 전의 배기가스와 열교환 되어 1차적으로 가열된 후 상기 히터(430)로 안내되어 촉매모듈(110)의 질소산화물 환원반응이 일어나는 온도로 가열될 수 있어, 상기 히터(430)의 가열량을 낮출 수 있어 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 메인 배기가스 공급라인(442)을 통해 공급되는 고온의 배기가스 또한, 상기 제1열교환기(422) 또는 제2열교환기(424)를 거치기 전에 상기 제3열교환기(426)를 거치면서 상대적으로 저온의 메인 제습가스라인(457)을 흐르는 배기가스와 열교환되어 냉각되므로, 상기 제1열교환기(422)에서의 액화천연가스의 기화량 및 제2열교환기(424)의 작동을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 실시예에 따른 제습모듈의 제1제습챔버(412) 또는 제2제습챔버(414)가 제습과 재생을 교번적으로 실시할 때 배기가스의 흐름을 설명하도록 한다.

먼저, 도 10을 참조하여 상기 제1제습챔버(412)가 제습을 수행하고, 제2제습챔버(414)가 재생중일 때의 배기가스의 흐름을 설명하도록 한다.

도면에서 이중쇄선은 상기 제습유닛(410)으로 공급되는 배기가스 및 제습된 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었으며, 점선은 상기 제습유닛(410)을 건조시키는 배기가스 및 건조시킨 후 순환되는 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었다.

상기 제1제습챔버(412)가 제습을 수행하고, 제2제습챔버(414)가 재생중일 때에는 상기 제1삼방밸브(481)는, 상기 메인 배기가스 공급라인(442)과 제1배기가스 공급라인(444)측이 개방되며, 제2배기가스 공급라인(446)측은 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 제3삼방밸브(483)는, 상기 메인 재생가스 공급라인(462)과 제2재생가스 공급라인(466)측이 개방되고, 상기 제1재생가스 공급라인(464)측은 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 제4삼방밸브(484)는, 상기 제1제습가스라인(453)과 메인 제습가스라인(457) 측이 개방되고, 상기 재1재생가스 순환라인(472)측은 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 제5삼방밸브(485)는, 상기 제2제습가스라인(455)과 재2재생가스 순환라인(474)측이 개방되고, 상기 메인 제습가스라인(457)측은 폐쇄될 수 있다.

엔진(230)에서 배출된 배기가스는 상기 배기가스 공급유로부(440)의 메인 배기가스 공급라인(442)을 거치면서 상기 냉각유닛(421)에 의해 냉각된 후 상기 제1삼방밸브(481)에서 상기 제1배기가스 공급라인(444) 측으로 안내될 수 있다.

상기 제1배기가스 공급라인(444) 측으로 흐른 배기가스는 상기 제1제습챔버(412)에서 제습된 후에 상기 제습가스 배출유로부(451)의 제1제습가스라인(453)과 메인 제습가스라인(457)을 통해 상기 촉매모듈(110)로 흐를 수 있다.

상기 메인 제습가스라인(457)을 흐르는 배기가스는 상기 냉각유닛(421)을 거치면서 냉각된 상태이며, 이러한 배기가스는 상기 제3열교환기(426)를 거치면서 냉각 전 배기가스와 열교환되어 1차적으로 가열된 후 상기 히터(430)를 거치면서 재차 가열되어 상기 촉매모듈(110)로 공급될 수 있으며, 상기 촉매모듈(110)에서는 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질이 환원된 후 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 배기가스 중 일부가 상기 재생가스 공급유로부(460)의 메인 재생가스 공급라인(462) 및 제2재생가스 공급라인(466)를 통해 제2제습챔버(414)로 공급되어 상기 제2제습챔버(414) 내부를 건조하여 제2제습챔버(414)를 재생시킬 수 있다.

상기 제2제습챔버(414)를 건조시킨 배기가스는 상기 제2제습가스라인(455)을 거쳐 상기 제5삼방밸브(485)에서 상기 재2재생가스 순환라인(474) 측으로 안내된 후, 상기 메인 재생가스 순환라인(476)을 거쳐 상기 재생가스 순환유로부(470)의 제3열교환기(426) 전류측의 메인 배기가스 공급라인(442)으로 흘러 상기 메인 배기가스 공급라인(442)을 흐르는 냉각되기 전의 배기가스와 합류될 수 있다.

상기 메인 배기가스 공급라인(442)에서 합류된 배기가스는 상기 제3열교환기(426)를 거치면서 1차적으로 냉각되고, 상기 제1열교환기(422) 또는 제2열교환기(424)를 거치면서 재차 냉각되어 상기 제1제습챔버(412)로 안내되어 전술한 과정을 반복할 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여, 상기 제2제습챔버(414)가 제습을 수행하고, 제1제습챔버(412)가 재생중일 때의 배기가스의 흐름을 설명하도록 한다.

도면에서 이중쇄선은 상기 제습유닛(410)으로 공급되는 배기가스 및 제습된 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었으며, 점선은 상기 제습유닛(410)을 건조시키는 배기가스 및 건조시킨 후 순환되는 배기가스가 흐르는 유로를 나타내었다.

상기 제2제습챔버(414)가 제습을 수행하고 제1제습챔버(412)가 재생중일 때에는 상기 제1삼방밸브(481)는 상기 메인 배기가스 공급라인(442)측과 제2배기가스 공급라인(446)측이 개방되며, 상기 제1배기가스 공급라인(444)측은 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 제3삼방밸브(483)는 상기 메인 재생가스 공급라인(462)과 제1재생가스 공급라인(464)측이 개방되며, 상기 제2재생가스 공급라인(466)측은 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 제4삼방밸브(484)는 상기 제1제습가스라인(453)과 재1재생가스 순환라인(472)측이 개방되며, 상기 메인 제습가스라인(457)측은 폐쇄될 수 있다.

그리고, 상기 제5삼방밸브(485)는 상기 제2제습가스라인(455)과 메인 제습가스라인(457)측이 개방되며, 상기 재2재생가스 순환라인(474)측은 폐쇄될 수 있다.

엔진(230)에서 배출된 배기가스는 상기 배기가스 공급유로부(440)의 메인 배기가스 공급라인(442)을 거치면서 상기 냉각유닛(421)에 의해 냉각된 후 상기 제1삼방밸브(481)에서 상기 제2배기가스 공급라인(446) 측으로 안내될 수 있다.

상기 제2배기가스 공급라인(446) 측으로 흐른 배기가스는 상기 제2제습챔버(414)에서 제습된 후에 상기 제습가스 배출유로부(451)의 제2제습가스라인(455)과 메인 제습가스라인(457)을 통해 상기 촉매모듈(110)로 흐를 수 있다.

상기 메인 제습가스라인(457)을 흐르는 배기가스는 상기 냉각유닛(421)을 거치면서 냉각된 상태이며, 이러한 배기가스는 상기 제3열교환기(426)를 거치면서 냉각 전 배기가스와 열교환되어 1차적으로 가열된 후 상기 히터(430)를 거치면서 상기 촉매모듈(110)로 공급될 수 있으며, 상기 촉매모듈(110)에서는 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질이 환원된 후 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 히터(430)를 거치면서 가열된 배기가스 중 일부가 상기 재생가스 공급유로부(460)의 메인 재생가스 공급라인(462) 및 제1재생가스 공급라인(464)을 통해 상기 제1제습챔버(412)로 공급되어 상기 제1제습챔버(412) 내부를 건조하여 제1제습챔버(412)를 재생시킬 수 있다.

상기 제1제습챔버(412)를 건조시킨 배기가스는 상기 제1제습가스라인(453)을 거쳐 상기 제4삼방밸브(484)에서 상기 재1재생가스 순환라인(472) 측으로 안내된 후, 상기 메인 재생가스 순환라인(476)을 거쳐 상기 재생가스 순환유로부(470)의 제3열교환기(426) 전류측의 메인 배기가스 공급라인(442)으로 흘러 상기 메인 배기가스 공급라인(442)을 흐르는 냉각되기 전의 배기가스와 합류될 수 있다.

상기 메인 배기가스 공급라인(442)에서 합류된 배기가스는 상기 제3열교환기(426)를 거치면서 1차적으로 냉각되고, 상기 제1열교환기(422) 또는 제2열교환기(424)를 거치면서 재차 냉각되어 상기 제1제습챔버(412)로 안내되어 전술한 과정을 반복할 수 있다.

또한, 상기 엔진(230)에서 슬립되어 배기가스와 함께 배출되는 천연가스 또한 메탄(CH4)인 주성분인 탄화수소계열이므로 배기가스와 함께 상기 촉매모듈(110)를 거치면서 환원제로 작용되어 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질을 환원시킬 수 있으며, 반드시 처리해야 할 슬립된 천연가스를 환원제로서 사용할 수 있으므로 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.

미설명된 도면부호 220번은 엔진(230)에 공급되는 연료인 경유나 중유가 저장되는 연료탱크이며, 상기 엔진(230)이 경유나 중유를 연료로 사용하는 디젤엔진이거나 또는 경유 및 중유와 천연가스를 모두 연료로 사용하는 이중연료엔진인 경우 설치될 수 있다.

이상과 같이 본 출원에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 출원은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위내에서 변경될 수도 있다.

100: 배기가스 정화장치 110: 촉매모듈
120: 환원제 공급모듈 122: 환원제 공급관
124: 압축기 126: 환원제 공급밸브
200: 선박 210: 천연가스 저장탱크
220: 연료탱크 230: 엔진
240: 연돌 242: 배기관
300: 제습모듈 310: 제습유닛
312: 배수관 320: 냉각유닛
330: 히터 340: 배기가스 공급유로부
350: 제습가스 배출유로부 370: 재생부
400, 401: 제습모듈 410: 제습유닛
412: 제1제습챔버 414: 제2제습챔버
416: 제1배수관 418: 제2배수관
420, 421: 냉각유닛 422: 제1열교환기
424: 제2열교환기 426: 제3열교환기
430: 히터 440: 배기가스 공급유로부
442: 메인 배기가스 공급라인 444: 제1배기가스 공급라인
446: 제2배기가스 공급라인 450, 451: 제습가스 배출유로부
452, 453: 제1제습가스라인 454, 455: 제2제습가스라인
456, 457: 메인제습가스라인 460: 재생가스 공급유로부
462: 메인 재생가스 공급라인 464: 제1재생가스 공급라인
466: 제2재생가스 공급라인 468: 펌핑유닛
470: 재생가스 순환유로부 472: 제1재생가스 순환라인
474: 제2재생가스 순환라인 476: 메인 재생가스 순환라인
481: 제1삼방밸브 482: 제2삼방밸브
483: 제3삼방밸브 484: 제4삼방밸브
485: 제5삼방밸브 486: 역류방지밸브

Claims (5)

1. 탄화수소계열의 환원제를 이용하여, 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물을 환원시키는 촉매모듈; 및
   저장탱크에 저장된 액화천연가스의 기화열을 이용하여, 상기 배기가스를 제습온도로 냉각시키고, 상기 냉각된 배기가스를 제습한 후, 상기 제습된 배기가스를 환원반응이 일어나는 온도로 가열하여 상기 촉매모듈로 제공하는 제습모듈을 포함하며,
   상기 제습모듈은,
   천연가스 저장탱크에 저장된 액체상태의 천연가스의 기화열로서 엔진에서 배출된 배기가스를 제습전에 제습온도로 냉각하는 냉각유닛;
   상기 냉각유닛에서 제습온도로 냉각된 배기가스를 제습하는 제1제습챔버와 제2제습챔버를 포함하여, 상기 제1제습챔버 또는 제2제습챔버 중 어느 하나가 제습의 수행이 불가할 때 다른 하나가 제습을 수행하는 제습유닛;
   상기 엔진에서 배출된 배기가스를 상기 냉각유닛을 거쳐 상기 제습유닛까지 안내하는 배기가스 공급유로부;
   상기 제습유닛에서 배출된 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈까지 안내하는 제습가스 배출유로부; 및
   상기 제습가스 배출유로부상에 구비되어 상기 제습가스 배출유로부를 흐르는 제습유닛에서 제습된 배기가스를 상기 촉매모듈의 환원반응이 일어나는 온도로 가열하는 히터;를 포함하여,
   상기 히터로부터 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제습유닛으로 공급하여 상기 제습유닛을 건조시키는 재생가스 공급유로부를 포함하는 배기가스 정화장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 재생가스 공급유로부는,
   상기 히터로부터 가열되고 제습된 배기가스 흐르는 메인 재생가스 공급라인;
   상기 메인 재생가스 공급라인으로부터 분기되며, 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제1제습챔버로 안내하는 제1재생가스 공급라인; 및
   상기 메인 재생가스 공급라인으로부터 분기되며, 가열되고 제습된 배기가스를 상기 제2제습챔버로 안내하는 제2재생가스 공급라인;을 포함하는 배기가스 정화장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제습유닛을 건조시킨 후 상기 제습유닛으로부터 배출된 배기가스를 상기 제1제습챔버 또는 제2제습챔버 중 제습을 수행중인 측으로 순환되도록 상기 배기가스 공급유로부로 안내하는 재생가스 순환유로부를 포함하는 배기가스 정화장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 재생가스 순환유로부는,
   상기 제1제습챔버를 건조시킨 후 배출된 배기가스가 흐르는 제1재생가스 순환라인;
   상기 제2제습챔버를 건조시킨 후 배출된 배기가스가 흐르는 제2재생가스 순환라인; 및
   상기 제1재생가스 순환라인과 제2재생가스 순환라인이 합기되어 상기 제1재생가스 순환라인 또는 제2재생가스 순환라인의 배기가스가 상기 메인 배기가스공급라인의 상기 냉각유닛의 전류에서 상기 메인 배기가스 공급라인을 흐르는 배기가스와 합류되도록 안내하는 메인 재생가스 순환라인;을 포함하는 배기가스 정화장치.

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