KR102010876B1 - 배기가스 배출 시스템 및 그 설치 방법 - Google Patents

Abstract

배기가스 배출 시스템이 개시된다. 본 발명의 배기가스 배출 시스템은, 선박의 배기가스 배출 시스템에 있어서, 퍼넬(funnel) 몸체; 퍼넬 몸체의 내부에 마련되는 헐 리액터; 헐 리액터로 배기가스를 유도하는 배기가스 공급배관; 및 헐 리액터로부터 퍼넬 몸체의 외부로 배기가스를 유도하는 배기가스 배출배관을 포함하되, 헐 리액터는 퍼넬 몸체에 연결되어 퍼넬 몸체의 일부를 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 배출 시스템 및 그 설치 방법{Gas Exhausting System And Installation Method Thereof}

본 발명은 배기가스 배출 시스템 및 그 설치 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퍼넬 몸체의 내부에 퍼넬 몸체와 단일한 구조로 마련되는 헐 리액터를 구비한 배기가스 배출 시스템에 관한 것이다.

산업화의 급속한 진전에 따른 화석연료 사용량의 증가로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제가 날로 심각해지고 있다.

이러한 대기오염의 주범 중 하나로 차량의 엔진이나 화력발전소, 공장 등의 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx)과 질소 산화물(NOx)이 손꼽히고 있으며, 최근 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이들에 대한 각국의 배출규제가 도입되고 있다.

선박에서 배출되는 배기가스 중 질소 산화물과 황 산화물은 UN 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질이며, 그 중 황 산화물은 2010년 7월부터 SECA(Sulfur Emission Control Area)에서 1% 이하로 배출규제하기로 하였다.

질소산화물에 대한 규제로는, 2011년 1월 발효된 TIER Ⅱ에 의해서 현재 14.3 ｇ／㎾ｈ로 기준치가 적용되고 있으며, 2016년부터는 TIER Ⅰ 기준의 80%로 감축되어 3.4 ｇ／㎾ｈ의 기준치가 적용되게 된다.

이러한 질소 산화물 규제 기준을 충족하기 위하여 배기가스로부터 질소 산화물을 제거하는 방법으로는, 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 방법, 선택적 비촉매 환원(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR) 방법, 질소산화물 필터, 흡장 환원법(Storage and Reduction, SR) 등이 이용될 수 있다.

출원번호 제10-2009-0120943호(출원일: 2009.12.08)

도 1 및 도 2에는 배기가스를 배출하는 선박용 퍼넬의 개략적인 모습이 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 퍼넬(10)의 내부에 촉매 반응기(30)가 마련되고, 배기가스가 배관(20)에 의해 촉매 반응기(30)로 공급된 후, 반응기를 거친 배기가스가 다시 배관(20)을 통해 배출된다. 도 1은 이러한 퍼넬의 측면도이고, 도 2는 상부에서 바라본 평면도이다.

이와 같은 선박용 퍼넬(10)에서 촉매 반응기(30)에는 판 또는 벌집 형태의 촉매층이 마련될 수 있는데, 촉매층을 교체할 수 있고, 배기가스에 상시 노출된 촉매의 피독 현상으로 인한 수명 단축을 막을 수 있도록, 촉매층은 탈착 가능하게 마련된다.

그러나, 이와 같이 선박용 퍼넬에 교체 가능한 형태로 촉매 반응기를 마련하기 위해서는, 설치 및 교체 작업을 위한 공간(S)이 필요하므로 퍼넬의 사이즈가 커지게 된다. 촉매 반응기의 단열을 위한 단열재 설치를 위해서도 공간이 필요하다. 또한 촉매 피독을 막기 위해 수시로 촉매를 탈착해야 하는 번거로움이 있고, 분리된 촉매층을 저장하기 위한 장소도 필요하다. 따라서 이러한 문제를 해결할 수 있는 배기가스 배출 시스템이 요청된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 배기가스 배출 시스템에 있어서,

퍼넬(funnel) 몸체;

상기 퍼넬 몸체의 내부에 마련되는 헐 리액터;

상기 헐 리액터로 배기가스를 유도하는 배기가스 공급배관; 및

상기 헐 리액터로부터 퍼넬 몸체의 외부로 배기가스를 유도하는 배기가스 배출배관을 포함하되,

상기 헐 리액터는 상기 퍼넬 몸체에 연결되어 상기 퍼넬 몸체의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템이 개시된다.

상기 헐 리액터는 복수로 마련될 수 있다.

복수의 상기 헐 리액터는 상기 퍼넬 몸체의 일측 벽부에 접하며 나란히 배치되어 상기 퍼넬 몸체의 일부를 이루며, 상기 헐 리액터와 상기 퍼넬 몸체의 벽부 사이에는 공간이 마련되지 않는 것을 특징으로 한다.

상기 헐 리액터는, 상기 헐 리액터의 하단이 상기 퍼넬 몸체의 내부에서 상기 선박의 데크 바닥면에 접하는 위치에 배치되어 상기 퍼넬 몸체에 용접연결될 수 있다.

상기 헐 리액터는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매환원(selective catalytic reduction) 장치를 포함할 수 있다.

상기 헐 리액터의 외측 벽부에는 단열재가 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 배기가스 배출 시스템의 설치 방법에 있어서,

배기가스가 관통하는 퍼넬(funnel) 몸체의 내부에 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 헐 리액터를 마련하되,

상기 헐 리액터는 상기 퍼넬 몸체에 접하며 단일한 구조물을 이루도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템의 설치 방법이 제공된다.

본 발명의 배기가스 배출 시스템은, 배기가스가 관통하는 퍼넬 몸체의 내부에, 퍼넬 몸체의 일측 벽부에 접하며 퍼넬 몸체와 단일화된 구조물로 헐 리액터를 마련함으로써, 사이즈와 중량을 줄인 컴팩트한 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 탈질을 위한 촉매 반응기가 마련된 선박용 퍼넬의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 도 1의 선박용 퍼넬을 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 배출 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 4는 도 3의 배기가스 배출 시스템을 다른 측면 방향에서 바라본 단면도이다.
도 5는 도 3의 배기가스 배출 시스템을 상부에서 바라본 개략적인 평면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배기가스 배출 시스템은, 선박의 배기가스 배출 시스템에 있어서, 퍼넬(funnel) 몸체(100)와, 퍼넬 몸체(100)의 내부에 마련되는 헐 리액터(hull reactor)(200)와, 헐 리액터(200)로 배기가스를 유도하는 배기가스 공급배관(300)과, 헐 리액터(200)로부터 퍼넬 몸체(100)의 외부로 배기가스를 유도하는 배기가스 배출배관(400)을 포함할 수 있다.

퍼넬은 선박에 마련된 엔진 등의 내연기관에서 발생하는 배기가스를 배출하는 부분이다. 본 실시예의 배기가스 공급배관(300)은 선박의 각종 내연기관에서 발생하는 배기가스를 퍼넬 몸체(100)로 유도하게 된다. 퍼넬 몸체(100)로 유도되기에 앞서, 배기가스는 탈황 과정을 거칠 수 있다. 탈황 과정은 예를 들어 물이나 해수를 이용한 습식 스크러버(scrubber)를 통해 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 헐 리액터(200)는 퍼넬 몸체에 연결되어 퍼넬 몸체의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는데, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 헐 리액터(200)를 복수로 마련하되, 복수의 헐 리액터(200)를 퍼넬 몸체(100)의 일측 벽부에 접하도록 나란히 배치하고 연결하여 퍼넬 몸체(100)와 단일한 구조물을 이루게 되며, 헐 리액터(200)와 퍼넬 몸체(100)의 벽부 사이에는 공간이 마련되지 않도록 할 수 있다.

헐 리액터(200)는 퍼넬 몸체(100)의 일 측벽에 나란히 접하도록 배치한 후 용접 연결함으로써 퍼넬 몸체(100)와 단일화시킬 수 있는데, 3개의 리액터가 설치된 경우 도 2에서 각 리액터가 4개의 측벽을 가지므로 총 12개의 측벽이 배치되지만, 퍼넬 몸체(100)에 단일화된 본 실시예에서는 퍼넬 몸체(100)의 측벽이 헐 리액터의 측벽 일부를 이루게 되므로, 도 5에서와 같이 3개의 헐 리액터(200)를 포함하더라도 총 5개 또는 7개의 측벽만을 포함할 수 있다.

이처럼 헐 리액터(200)를 퍼넬 몸체(100)의 일 측벽에 나란히 접하도록 배치하고 연결하여 퍼넬 몸체(100)와 단일화시킴으로써, 헐 리액터(200)를 케이싱을 구성하는 측벽의 수를 줄여 헐 리액터(200)의 중량을 가볍게 할 수 있고, 복수의 헐 리액터 사이에 간격을 두지 않고 나란히 배치함으로써 퍼넬 몸체(100)의 크기를 줄일 수 있게 되므로, 컴팩트한 시스템을 구현할 수 있다.

헐 리액터(200)는 퍼넬 몸체(100)의 내부에서 헐 리액터(200)의 하단이 선박의 데크 바닥면(D)에 접하는 위치에 배치하여 퍼넬 몸체(100) 내부에 용접되어 설치됨으로써, 데크 바닥면(D)에 용접되는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 모습을 도 4에서 확인할 수 있다.

헐 리액터(200)는 촉매의 활성 온도 유지를 위해 외측 벽부에 단열재(미도시)를 마련하는데, 본 실시예에서는 리액터 사이에 간격을 두지않으므로, 단열재의 설치면적도 줄어들게 된다. 즉, 도 2의 경우, 3개의 리액터에서 총 12개의 외측 벽부에 단열재를 마련해야 하지만, 본 실시예의 도 5와 같이 리액터 사이에 간격을 두지 않으면 리액터 사이에는 단열재를 설치할 필요가 없고 헐 리액터(200)가 외부와 접할 수 있는 총 8개의 외측 벽부에만 단열재를 마련할 수 있으므로, 단열재 설치면적이 30% 이상 줄어들어 경제적이다.

본 실시예는 배기가스 공급배관(300)에서 분기되며 헐 리액터(200)를 바이패스하는 바이패스 배관(350)을 더 포함하여, 배기가스를 탈질하지 않는 경우 배기가스를 바이패스 배관(350)으로 유도함으로써 헐 리액터(200)의 피독 현상을 방지할 수 있다.

배기가스 배출 시스템은, 배기가스 공급배관(300)에서 바이패스 배관(350)이 분기되는 지점 후단에 마련되는 제1 밸브(351)와, 바이패스 배관(350)에 마련되는 제2 밸브(352)를 더 포함할 수 있다.

피독 현상(poisoning)이란, 촉매의 활성과 선택성이 미량 물질 첨가로 현저하게 손상되는 것을 말하는데, 이처럼, 촉매 반응에서 극히 소량으로 촉매 작용을 현저하게 감퇴시키거나 완전히 정지시키는 물질을 촉매독이라 한다. 예를 들어 백금 촉매에 대해서는 비소, 철이나 구리 촉매에 대한 황 등이 촉매독으로 작용할 수 있다.

배기가스 공급배관(300)을 통해 헐 리액터(200)로 도입되는 배기가스 중에는 질소 산화물과 황 산화물을 비롯하여, 다른 미세 물질들이 포함될 수 있고, 이러한 배기가스에 헐 리액터(200)의 촉매가 지속적으로 노출되면, 피독 현상으로 인해 촉매의 활성과 선택성이 저하되거나 소실될 수 있다. 이를 방지하고 값비싼 촉매교체 비용을 절감하기 위해, 배기가스의 탈질이 필요 없을 경우 촉매를 리액터에서 분리하여 따로 보관할 수도 있으나, 협소한 공간에서 촉매를 매번 탈착하는 작업은 까다롭다. 본 실시예는 이러한 점을 해결하기 위해, 헐 리액터(200)를 우회할 수 있는 바이패스 배관(350)을 배기가스 공급배관(300)에서 분기시켜, 탈질이 필요치 않은 경우 배기가스가 헐 리액터(200)를 우회하도록 하였다. 선박이 운항중인 해역, 국가 등에서 배기가스가 배출기준치를 이미 충족하는 경우 등과 같이 배기가스를 추가로 탈질할 필요가 없을 때, 제1 밸브(351)를 통해 헐 리액터(200)로 향하는 배기가스 공급배관(300)을 차단하고, 제2 밸브(352)를 개방하여 바이패스 배관(350)으로 배기가스를 유도한다. 배기가스의 탈질이 필요한 경우는, 바이패스 배관(350)을 차단하고, 배기가스 공급배관(300)을 통해 헐 리액터(200)로 배기가스를 유도한다.

본 실시예에서, 헐 리액터(200)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매환원(selective catalytic reduction) 장치를 포함할 수 있다. 선택적 환원촉매 장치에는 티타늄, 바나듐, 백금, 몰리브데넘 등으로부터의 촉매가 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 배기가스 배출 시스템의 설치 방법에 있어서,

배기가스가 관통하는 퍼넬(funnel) 몸체의 내부에 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 헐 리액터(200)를 마련하되,

헐 리액터(200)는 퍼넬 몸체(100)에 접하며 단일한 구조물을 이루도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템의 설치 방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 배기가스 배출 시스템은, 배기가스가 관통하는 퍼넬 몸체(100)의 내부에 헐 리액터(200)를 마련하되, 퍼넬 몸체(100)의 일측 벽부에 접하는 퍼넬 몸체의 일부를 이루도록 헐 리액터(200)를 마련하여, 헐 리액터(200) 상호 간, 그리고 헐 리액터(200)와 퍼넬 몸체(100)의 벽부 사이에는 공간이 없도록 한다.

헐 리액터(200)의 촉매를 탈착할 필요가 없으므로, 탈착 작업을 위한 공간을 요하지 않으며, 헐 리액터(200)를 퍼넬 몸체(100)에 단일화하고 복수의 헐 리액터(200) 상호 간에도 별도의 단열재 설치 공간 등을 요하지 않도록 시스템을 구성함으로써, 사이즈와 중량을 줄인 컴팩트한 시스템을 구현할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 퍼넬 몸체
200: 헐 리액터
300: 배기가스 공급배관
350: 바이패스 배관
351: 제1 밸브
352: 제2 밸브
400: 배기가스 배출배관

Claims (7)

1. 선박의 배기가스 배출 시스템에 있어서,
   퍼넬(funnel) 몸체;
   상기 퍼넬 몸체의 내부에 마련되는 헐 리액터;
   상기 헐 리액터로 배기가스를 유도하는 배기가스 공급배관; 및
   상기 헐 리액터로부터 퍼넬 몸체의 외부로 배기가스를 유도하는 배기가스 배출배관을 포함하되,
   상기 헐 리액터는 복수로 마련되고, 복수의 상기 헐 리액터는 상기 퍼넬 몸체의 일측 벽부에 접하며 나란히 배치되고 상기 퍼넬 몸체에 연결되어 상기 퍼넬 몸체의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배기가스 공급배관에서 분기되어 상기 헐 리액터를 바이패스하는 바이패스 배관;
   상기 배기가스 공급배관에서 상기 바이패스 배관의 분기 지점 후단에 마련되는 제1 밸브; 및
   상기 바이패스 배관에 마련되는 제2 밸브;를 더 포함하여,
   상기 배기가스를 탈질하지 않는 경우 상기 배기가스를 상기 바이패스 배관으로 유도하여 상기 헐 리액터의 피독 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   복수의 상기 헐 리액터는 상기 퍼넬 몸체의 일부를 이루며, 상기 헐 리액터와 상기 퍼넬 몸체의 벽부 사이에는 공간이 마련되지 않는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 헐 리액터는, 상기 헐 리액터의 하단이 상기 퍼넬 몸체의 내부에서 상기 선박의 데크 바닥면에 접하는 위치에 배치되어 상기 퍼넬 몸체에 용접연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 헐 리액터는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매환원(selective catalytic reduction) 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 헐 리액터의 외측 벽부에는 단열재가 마련되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 시스템.
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