KR102107979B1 - 배기가스 여과 시스템 - Google Patents

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손영찬
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Abstract

본 발명의 배기가스 여과 시스템은, 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시켜 배출규제를 준수하도록 하는 배기가스 여과 시스템이고, 발생되는 배기가스를 종래의 해수를 이용하여 저감시키는 살수방식이 아닌 산화세륨의 나노분자 특성을 활용한 필터수단을 이용한 비 살수방식으로 저감시키는 발명에 관한 것이다.

Description

배기가스 여과 시스템{A filtering system for exhaust fumes}
본 발명은 배기가스 여과 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상에서 운항중인 선박이 동력용 연료를 연소하면서 발생시키는 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시켜 배출규제를 준수하도록 하는 배기가스 여과 시스템에 관한 발명이다.
또한, 본 발명은 운항중인 선박에서 발생되는 배기가스를 종래의 해수를 이용하여 저감시키는 살수방식이 아닌 산화세륨의 나노분자 특성을 활용한 필터수단을 이용하여 비 살수방식으로 저감시키는 발명이다.
우리가 사는 현대사회는 산업과 교통이 고도로 발달한 사회로서, 과거와는 비교도 할 수 없을 만큼의 단시간 동안 많은 사람과 물자가 국경을 넘어 왕래하고 있으며, 지금 이 시간에도 세계 각지에서 많은 사람이 이동하고 물자가 운송 중에 있다.
특히, 국토의 삼면이 바다에 접한 우리나라는 가장 많은 물품이 바다를 통해 수출입 되고 있는 실정이라 외국에 비해서도 해상 교통의 의존도가 높은 편이다.
한편, 해상에서 운항중인 선박은 중유, 경유, LPG 가스와 같은 화석연료를 연소하여 동력을 생성하는데, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있어 연소과정에서 발생되는 배기가스를 그대로 외부로 배출하면 대기오염을 초래할 수 있다.
그래서 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 배출규제에 의해 선박에서 발생되는 배기가스에 포함되어 있는 황산화물 및 질소산화물을 저감시켜 배출하도록 규제하고 있으며, 또한, 국제해사기구는 2020년 1월부터 세계 모든 해역을 지나는 선박 연료유의 황 함유량을 현행 3.5%에서 0.5%로 강화하는 규제를 시행하고 있는 실정이다.
종래에 상용화된 선박용 황산화물 저감 기술은 주로 해수를 이용하여 황산화물을 용해시키는 살수방식이 가장 널리 사용되고 있지만, 살수방식은 황산수용액의 과도한 산성에 의한 설비의 부식과 중화제 처리 후 바다에 버려지는 2차적인 환경오염이 예상될 뿐만 아니라 해수와 배기가스의 접촉면을 확대하도록 설비규모가 대형화되어 있는 관계로 인해 설치비용이 많이 소요되고 기존 선박에 한정된 공간을 많이 차지하여 설비설치가 불가능하거나 선박의 공간을 협소하게 만드는 문제를 발생시킨다.
따라서 본 발명은 국제해사기구의 강화된 배출규제를 준수하면서도 기존 선박에 설치가 용이하도록 황산화물 저감 설비를 소형화함과 동시에 설비 부식 및 2차적인 환경오염을 방지하는 기술을 제안하게 되었다.
다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0030027호 내연 엔진용 배기 가스 재순환 시스템, 내연 엔진, 내연 엔진의 배기 가스 재순환 과정을 모니터링하기 위한 방법, 배기 가스 재순환 시스템을 개장하기 위한 방법, 및 내연 엔진을 개장하기 위한 키트 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0004059호 선박의 배기가스 정화 시스템 및 방법 3. 대한민국 공개실용신안공보 제20-2019-0003198호 선박의 배기가스 정화용 사각기둥 구조의 스크러버
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명은 해상에서 운항중인 선박이 동력용 연료를 연소하면서 발생시키는 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시켜 배출규제를 준수하도록 하는 배기가스 여과 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 운항중인 선박에서 발생되는 배기가스를 종래의 해수를 이용하여 저감시키는 살수방식이 아닌 산화세륨의 나노분자 특성을 활용한 필터수단을 이용하여 비 살수방식으로 저감시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 배기가스 여과 시스템은,
엔진에서 배출되는 배기가스를 외부로 배출하는 가스 배출용 굴뚝으로 안내하는 제1 배관(100)과;
일측은 제1 배관(100)에 타측은 복수의 각 여과장치(600)에 각각 연결되어, 엔진에서 배출되는 배기가스를 복수의 여과장치(600)로 분기 시키는 제2 배관(200)과;
관리자의 조작에 의해, 엔진에서 배출되는 배기가스가 가스 배출용 굴뚝 측으로 이동하도록 하거나, 복수의 여과장치(600) 측으로 이동하도록 동작하는 제1 댐퍼부(300)와;
각 여과장치(600)로의 배기가스 공급을 위해 제어 컨트롤러(700)의 제어에 따라 개폐가 제어되도록 각 여과장치(600)로 분기된 제2 배관(200)상에 형성되는 복수의 제2 댐퍼(400)와;
가스 배출용 굴뚝에 설치되어, 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인지를 감지하고, 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인 경우 제어 컨트롤러(700)로 황 성분 감지값을 포함하는 감지정보를 제공하는 배기가스 모니터링 센서(500)와;
배기가스에 포함된 황 성분을 여과하기 위해, 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(620)를 포함하도록 구성되는 복수의 여과장치(600)와;
배기가스 모니터링 센서(500)가 제공하는 감지정보를 이용하여 복수의 여과장치(600)중 배기가스 여과에 참여할 여과장치(600)를 결정하고, 결정된 여과장치(600)로 여과할 배기가스가 공급되도록 제2 댐퍼(400)를 제어하는 제어 컨트롤러(700)와;
일측은 복수의 각 여과장치(600)에 타측은 가스 배출용 굴뚝 전단의 제1 배관(100)에 연결되어, 여과된 배기가스를 제1 배관(100)으로 안내하는 제3 배관(800)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배기가스 여과 시스템은, 해상에서 운항중인 선박이 동력용 연료를 연소하면서 발생시키는 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시켜 국제해사기구의 배출규제를 준수하도록 하는 배기가스 여과 시스템이기 때문에, 기존의 국제해사기구의 배출규제를 준수할 뿐만 아니라 2020년 1월부터 더욱 강화된 배출규제도 준수할 수 있어 환경보호에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명은 운항중인 선박에서 발생되는 배기가스를 종래의 해수를 이용하여 저감시키는 살수방식이 아닌 산화세륨의 나노분자 특성을 활용한 필터수단을 이용하여 비 살수방식으로 저감시키기 때문에, 황산화물 저감 설비를 소형화하여 기존 선박에 설치를 용이하게 하고 선박의 한정된 공간 활용도를 높일 뿐만 아니라 설비 부식 및 2차적인 환경오염을 방지할 수 있고, 배기가스에 포함된 황 및 미세먼지와 같은 입자상 물질도 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 계통도
도 2는 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 구성 블록도
도 3은 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 여과장치 단면도
도 4는 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 여과장치 구성 블록도
도 5는 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 탈황처리부 작동 상태도
도 6은 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 제1, 2 탈황 카트리지 모듈에 카트리지가 삽입되는 상태도
도 7은 본 발명의 배기가스 여과 시스템의 미세입자 필터링부 작동 상태도
도 8은 본 발명의 배기가스 여과 시스템에서 여과장치 off 상태의 계통도
도 9는 본 발명의 배기가스 여과 시스템에서 기본 여과장치 작동 상태의 계통도
도 10은 본 발명의 배기가스 여과 시스템에서 추가 여과장치 작동 상태의 계통도
도 11은 본 발명의 배기가스 여과 시스템에서 이상 감지시 여과장치 작동 상태의 계통도
본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 배기가스 여과 시스템(이하 '시스템')은 해상에서 운항중인 선박이 동력용 연료를 연소하면서 발생시키는 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시켜 배출규제를 준수하도록 하는 배기가스 여과 시스템에 관한 발명이다.
따라서 본 발명의 시스템(10)이 적용된 선박은 기존의 국제해사기구의 배출규제를 준수할 뿐만 아니라 2020년 1월부터 더욱 강화된 배출규제도 준수할 수 있어 환경보호에 기여할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 시스템(10)은 운항중인 선박에서 발생되는 배기가스를 종래의 해수를 이용하여 저감시키는 살수방식이 아닌 산화세륨의 나노분자 특성을 활용한 필터수단을 이용하여 비 살수방식으로 저감시키기 때문에, 황산화물 저감 설비를 소형화하여 기존 선박에 설치를 용이하게 하고 선박의 한정된 공간 활용도를 높일 뿐만 아니라 설비 부식 및 2차적인 환경오염을 방지할 수 있고, 배기가스에 포함된 황 및 미세먼지와 같은 입자상 물질도 제거할 수 있는 발명이다.
또한, 본 발명의 시스템(10)은 선박 이외에도 황 성분을 포함하는 연료를 연소시켜 황 성분이 포함된 배기가스를 배출하는 육상에 설치된 연소 시설에도 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 시스템(10)은 제1 배관(100), 제2 배관(200), 제1 댐퍼부(300), 복수의 제2 댐퍼(400), 배기가스 모니터링 센서(500), 복수의 여과장치(600), 제어 컨트롤러(700), 제3 배관(800)을 기본적으로 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명의 배기가스 여과 시스템은,
엔진에서 배출되는 배기가스를 외부로 배출하는 가스 배출용 굴뚝으로 안내하는 제1 배관(100)과;
일측은 제1 배관(100)에 타측은 복수의 각 여과장치(600)에 각각 연결되어, 엔진에서 배출되는 배기가스를 복수의 여과장치(600)로 분기 시키는 제2 배관(200)과;
관리자의 조작에 의해, 엔진에서 배출되는 배기가스가 가스 배출용 굴뚝 측으로 이동하도록 하거나, 복수의 여과장치(600) 측으로 이동하도록 동작하는 제1 댐퍼부(300)와;
각 여과장치(600)로의 배기가스 공급을 위해 제어 컨트롤러(700)의 제어에 따라 개폐가 제어되도록 각 여과장치(600)로 분기된 제2 배관(200)상에 형성되는 복수의 제2 댐퍼(400)와;
가스 배출용 굴뚝에 설치되어, 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인지를 감지하고, 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인 경우 제어 컨트롤러(700)로 황 성분 감지값을 포함하는 감지정보를 제공하는 배기가스 모니터링 센서(500)와;
배기가스에 포함된 황 성분을 여과하기 위해, 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(620)를 포함하도록 구성되는 복수의 여과장치(600)와;
배기가스 모니터링 센서(500)가 제공하는 감지정보를 이용하여 복수의 여과장치(600)중 배기가스 여과에 참여할 여과장치(600)를 결정하고, 결정된 여과장치(600)로 여과할 배기가스가 공급되도록 제2 댐퍼(400)를 제어하는 제어 컨트롤러(700)와;
일측은 복수의 각 여과장치(600)에 타측은 가스 배출용 굴뚝 전단의 제1 배관(100)에 연결되어, 여과된 배기가스를 제1 배관(100)으로 안내하는 제3 배관(800)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 배관(100)은 엔진(20)에서 가스 배출용 굴뚝(30)까지 연결되어, 엔진(20)에서 발생된 황 성분이 포함된 배기가스가 외부로 배출되도록 배기가스를 가스 배출용 굴뚝(30)으로 안내하는 관로이다.
여기서, 상기 제1 배관(100)의 일측(중간)에는 제2 배관(200)이 연결되어 분기되도록 하고, 가스 배출용 굴뚝(30)까지 연결된 제1 배관(100)의 타측(제2 배관(200)이 연결되는 부분보다 후단)에는 제3 배관(800)이 각각 연결된다.
도 1을 참조하면, 상기 제2 배관(200)은 엔진(20)에서 발생된 배기가스가 복수의 여과장치(600)로 전달되도록 안내하는 관로로서, 상기 제2 배관(200)의 일측은 단일의 모관으로 형성되어 제1 배관(100)의 일측과 연결되고, 제2 배관(200)의 타측은 단일의 모관에서 복수개의 여과장치(600)에 각각 연결되도록 분기된 복수의 지관으로 형성되어 복수의 여과장치(600)마다 연결된다.
도 1, 2를 참조하면, 상기 제1 댐퍼부(300)는 엔진에서 배출되는 배기가스가 가스 배출용 굴뚝 측으로 이동하도록 하거나, 복수의 여과장치(600) 측으로 이동하도록 관리자의 조작에 의해 작동되는 구성으로, 제1 배관(100) 상에 설치되는 제1-1댐퍼(310)와, 제2 배관(200) 일측(구체적으로 단일의 모관)에 설치되는 제1-2댐퍼(320)를 포함하여 구성된다.
여기서, 엔진(20)에 저 유황유가 사용되면 상기 엔진(20)에서 발생한 배기가스에 포함된 황 성분의 농도가 국제해사기구의 배출규제 기준치 미만이기 때문에, 관리자는 제1-1댐퍼(310)를 개방하고 제1-2댐퍼(320)는 폐쇄되게 조작하여 엔진(20)에서 발생한 배기가스를 제1 배관(100)을 통해 바로 가스 배출용 굴뚝(30)으로 안내 공급하여 외부로 배출되게 한다.
또한, 엔진(20)에 고 유황유가 사용되면 상기 엔진(20)에서 발생한 배기가스에 포함된 황 성분의 농도가 국제해사기구의 배출규제 기준치 이상이 될 가능성이 높기 때문에, 배기가스를 가스 배출용 굴뚝(30)으로 바로 공급하여 외부로 배출할 수 없게 된다.
따라서 관리자는 제1-1댐퍼(310)를 폐쇄하고 제1-2댐퍼(320)는 개방되게 조작하여, 선박의 엔진(20)에서 발생한 배기가스를 제2 배관(200)을 통해 연결된 복수의 여과장치(600)로 공급하여 배기가스에 포함된 황 성분을 기준치 미만까지 저감시키도록 한다.
이때, 관리자가 제1-1댐퍼(310)와 제1-2댐퍼(320)를 조작하는 것은, 관리자가 직접 현장에서 조작하거나 제어 컨트롤러(700)를 이용하여 원격에서 제어할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 상기 복수의 제2 댐퍼(400)는 제2 배관(200)의 단일의 모관에서 분기되어 복수개의 여과장치(600)에 각각 연결된 제2 배관(200)의 복수의 지관마다 각각 설치된다.
이때, 상기 복수의 제2 댐퍼(400)들은 각 여과장치(600)로의 배기가스 공급을 단속하기 위해 제어 컨트롤러(700)의 제어에 의해 개폐가 자동으로 제어된다.
도 1을 참조하면, 상기 배기가스 모니터링 센서(500)는 가스 배출용 굴뚝(30)에 설치되는데, 굴뚝 입구측에 연결된 제1 배관(100)에 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 배기가스 모니터링 센서(500)는 가스 배출용 굴뚝(30)을 통해 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 황 성분을 감지하고 황 성분 감지값을 주기적으로 제어 컨트롤러(700)로 제공하고, 상기 제어 컨트롤러(700)는 모니터링 화면에 황 성분 감지값을 출력하여 관리자로 하여금 배출되는 배기가스에 포함된 황 성분을 확인하도록 한다.
또한, 상기 배기가스 모니터링 센서(500)는 가스 배출용 굴뚝(30)을 통해 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 황 성분이 배출규제 기준치 이상인지를 감지한다.
이때, 상기 배기가스 모니터링 센서(500)는 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인 경우로 감지되면, 제어 컨트롤러(700)로 황 성분 감지값을 포함하는 감지정보를 제공한다.
상기 제어 컨트롤러(700)는 제공받은 황 성분 감지값과 배출규제 기준치와 의 비교에 의해 동작시킬 여과장치(600)를 결정하고, 결정된 여과장치(600)에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 개방하여 배기가스가 결정된 여과장치(600)로 유입되도록 하여 배기가스에 포함된 황 성분이 저감되도록 한다.
도 1, 2를 참조하면, 상기 여과장치(600)는 배기가스에 포함된 황 성분을 여과하기 위한 구성으로서, 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(620)를 포함하도록 복수개로 구성되며, 각각의 여과장치(600) 일측은 제2 배관(200)(제2 배관(200)의 지관)에 연결되고, 타측은 제3 배관(800)에 각각 연결된다.
상기 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602)는 각각 적어도 2개 이상이 구비되는 것이 바람직하다.
상기 기본 여과장치(601)는 항시 동작하는 여과장치이고, 추가 여과장치(602)는 필요시 동작하는 여과장치이다.
본 발명의 여과장치(600)에 적어도 2개 이상의 추가 여과장치(602)를 구비하는 이유는 아래와 같다.
본 발명의 시스템(10)은 엔진(20)에서 발생한 배기가스를 여과하는 방식이 종래의 해수를 이용하여 저감시키는 살수방식이 아닌 산화세륨(CeO2)의 나노분자 특성을 활용한 필터수단(이하 '카트리지')을 이용한 비 살수방식으로 저감시키는 방식이 적용되기 때문에, 상기 여과장치(600)를 일정기간 사용하면, 황 성분 찌거기 등에 의해 필터수단(이하 '카트리지')의 성능이 저하된다.
이 경우, 복수의 여과장치(600) 중 필터 성능이 저하되거나 보수 필요성이 생긴 경우, 여과장치(600)에 삽입된 카트리지(40)를 교체 하거나 보수를 위해 동작을 정시 시키게 되는데, 상술한 바와 같이 여과장치(600)는 지속적으로 동작해야 하기 때문(대형 선박의 경우에는 한번 항행에 나서면 엔진(20)을 멈추지 않고 항상 가동하기 때문에 엔진(20)에서 배기가스가 항상 발생하므로, 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시키는 여과장치(600)의 작동을 중지시킬 수 없음)에 카트리지(40) 교체나 보수 대상인 여과장치(600)를 대신해 동작시킬 여분의 여과장치(600)가 필요한데, 여분의 여과장치(600)가 바로 추가 여과장치(602)인 것이다.
또한, 기본 여과장치(601) 동작 중, 기본 여과장치(601)만으로는 충분히 황 성분이 저감되지 않는 경우(예: 동작하는 기본 여과장치(601)의 성능이 저하되어 배기가스에 포함된 황 성분이 규제치 이상으로 되는 경우, 매우 높은 고 유황 연료 사용 시) 충분한 황 성분 저감을 위해 추가로 동작시킬 여분의 여과장치(600)가 필요한데, 여분의 여과장치(600)가 바로 추가 여과장치(602)인 것이다.
따라서 본 발명의 시스템(10)에서는 엔진(20)이 작동 중에도 카트리지(40)를 원활하게 교체하고, 배기가스 모니터링 센서(500)가 감지한 황 성분 감지값에 따라 신속하게 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시키도록, 상기 여과장치(600)를 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602)로 포함하여 구성하는 것이다.
도 3, 4을 참조하면, 상기 복수의 여과장치(600)를 구성하는 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602)는 배기가스에 포함된 황 성분을 탈황 처리하는 탈황처리부(610)를 기본적으로 포함하고, 추가적으로 배기가스에 포함된 미세 입자상 물질을 여과하는 미세입자 필터링부(620)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 탈황처리부(610)는 제1 공간과 제2 공간으로 구분 구획되어 형성되며, 상기 탈황처리부(610)의 제1 공간에는 제1 회전베인(611)과 제1 탈황 카트리지 모듈(612)이 형성되고, 상기 탈황처리부(610)의 제2 공간에는 제2 탈황 카트리지 모듈(613)과 제2 회전베인(614)이 각각 형성된다.
이때, 상기 탈황처리부(610)는 제1, 2공간에서 낙하한 황 성분 입자를 수집 보관하는 청소모듈(615)을 더 포함하여 구성된다.
상기 탈황처리부(610)의 제1 공간은 엔진(20)으로부터 발생한 배기가스가 제2 배관(200)을 통해 공급되면 1차적으로 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시키는 공간이다.
상기 제1 회전베인(611)은 제1 공간에 위치하고 제2 배관(200)을 통해 유입된 배기가스가 제1 탈황 카트리지 모듈(612)로 흡입되도록 회전한다.
또한, 상기 제1 탈황 카트리지 모듈(612)은 제1 공간에 위치하고 제2 배관(200)을 통해 유입된 배기가스에 포함된 황 성분을 흡착하여 탈황 처리하기 위해, 도 6과 같이, 산화세륨(CeO2)성분과 산화세륨 금속화합물 성분의 충진제가 충진 된 카트리지(40)를 포함하여 구성된다.
도 5를 참조하면, 상기 탈황처리부(610)의 제2 공간은 제1 공간과 하측에서 연결되어 상기 제1 공간을 통과하면서 1차적으로 황 성분이 저감된 배기가스의 황 성분을 2차로 저감시키도록 하는 공간으로서, 상기 제2 탈황 카트리지 모듈(613)이 제1 공간을 통과한 배기가스에 포함된 황 성분을 흡착하여 2차로 탈황 처리한다.
이때, 제2 공간에 형성되는 상기 제2 탈황 카트리지 모듈(613)도 제1 탈황 카트리지 모듈(612)와 같이, 산화세륨(CeO2) 성분과 산화세륨 금속화합물 성분의 충진제가 충진 된 카트리지(40)를 포함하여 구성된다.
도 3, 5를 참조하면, 제2 공간에 형성되는 상기 제2 회전베인(614)은 탈황처리부(610)의 제2 공간에 위치하여, 탈황된 배기가스가 탈황처리부(610)에서 미세입자 필터링부(620)로 배출되도록 회전한다.
도 5를 참조하면, 상기 제1, 2 탈황 카트리지 모듈(612, 613)은 제1 공간과 제2 공간 내에서 복수개가 복층 구조로 적층 형성되는데, 이는 배기가스에 포함된 황 성분을 각각의 제1, 2 탈황 카트리지 모듈(612, 613)에 삽입된 카트리지(40)들을 이용하여 순차적으로 흡착 탈황 처리하여 황 성분 저감 효율을 높이기 위함이다.
도 6에 도시된, 카트리지(40)는 제1, 2 탈황 카트리지 모듈(612, 613)에서 착탈식으로 분리 교체될 수 있기 때문에 여과장치(600)에서 일정기간 사용된 카트리지(40)는 관리자에 의해 교체된다.
이때, 상기 카트리지(40)에 충진 되는 충진제는 10~50㎚ 크기의 산화세륨(CeO2) 분말과 바인더를 혼합한 재료를 압출 성형한 팰릿 형태의 충진제와 산화세륨 금속화합물을 압출 성형한 팰릿 형태의 충진제를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 산화세륨 금속화합물은 산화세륨에 Rh, Pt, Pd, Ru, Ir, Ni, Au, CuO, Al2O3, SiO2, V2O3, ZrO2 중 어느 하나가 혼합 된 금속 화합물이다.
도 5를 참조하면, 상기 청소모듈(615)은 탈황처리부(610)의 내부에 형성된 제1, 2공간의 하측부에 형성되어 상기 제1, 2공간을 통해 배기가스에 포함된 황 성분이 흡착 탈황처리 될 때 발생하여 낙하한 황 성분 입자가 수집되어 보관되게 한 후 일정량이 쌓이면 외부로 폐기할 수 있도록 하는 구성으로, 경사면(6151), 보관함(6152)을 포함하여 구성된다.
도 5를 참조하면, 상기 경사면(6151)은 제1, 2공간에서 낙하하는 황 성분 입자가 보관함(6152)으로 모이도록 깔대기 모양으로 경사지게 형성된다.
또한, 상기 보관함(6152)은 경사면(6151) 하측에 형성되어 제1, 2공간에서 낙하한 황 성분 입자가 수집 보관되는 일종의 보관 공간이다.
제1, 2공간에서 낙하한 황 성분 입자가 보관함(6152)에 일정량이 쌓이게 되면 관리자는 외부로 폐기하는데, 이를 위해 보관함(6152)은 서랍식으로 구성된다.
상기 미세입자 필터링부(620)는 탈황처리부(610)와 연결되어 상기 탈황처리부(610)에서 복수의 카트리지(40)를 이용하여 1, 2차로 흡착 탈황 처리된 배기가스에 포함된 미세 입자상 물질을 추가적으로 여과하는 구성으로, 소각버너(621)와 분진필터(622)를 포함하여 구성된다.
도 7을 참조하면, 상기 소각버너(621)는 탈황처리부(610)의 제2 공간과 연결된 미세입자 필터링부(620)의 내부 일측에 위치하고, 상기 컨트롤러(700)로부터 제어신호가 수신되면 점화되어 분진필터(622)에 끼어 누적되어 있는 미세 입자상 물질을 소각한다.
즉, 배기가스에 포함되어 있다가 분진필터(622)에 의해 필터링 되어 분진필터(622)에 끼어 누적되어 있는 미세 입자상 물질은 주로 탄소화합물 형태로서, 소각하면 CO2 가스와 미세 입자상 물질의 분진이 발생하는데, CO2 가스는 배기가스에 섞여 여과장치 외부로 배출되고 미세 입자상 물질의 분진은 분진필터(622)상에 그대로 필터링 된 채 남아있게 된다.
또한, 상기 분진필터(622)는 소각버너(621)의 하측에 위치하는 세라믹 모노리스 형태의 필터로서, 배기가스에 포함되어 있는 미세 입자상 물질을 걸러 여과하거나 소각에 의해 발생된 미세 입자상 물질의 분진을 걸러 여과한다.
따라서 엔진(20)에서 발생한 배기가스는 상기 탈황처리부(610)를 통해 황 성분이 저감되고, 미세입자 필터링부(620)를 통해 미세 입자상 물질이 여과되므로, 국제해사기구의 배출규제 기준치를 준수한 상태에서 가스 배출용 굴뚝(30)을 통해 외부 대기로 배출된다.
도 1을 참조하면, 상기 제어 컨트롤러(700)는 배기가스 모니터링 센서(500)가 제공하는 감지정보를 이용하여 복수의 여과장치(600)중 배기가스 여과에 참여할 여과장치(600)를 결정하고, 결정된 여과장치(600)로 여과할 배기가스가 공급되도록 제2 댐퍼(400)를 제어하는 구성이다.
즉, 상기 제어 컨트롤러(700)는 배기가스 모니터링 센서(500)가 감지정보를 제공하지 않는 경우에는 복수의 여과장치(600) 중 기본 여과장치(601)만을 여과에 참여하도록 하고, 배기가스 모니터링 센서(500)가 감지정보를 제공하는 경우에는 감지정보에 포함된 황 성분 감지값에 따라 추가로 여과에 참여시킬 추가 여과장치(602)를 결정하고, 결정된 추가 여과장치(602)를 여과에 참여시킨다.
또한, 추가로 여과에 참여시킬 추가 여과장치(602)의 개수는 황 성분 감지값에 비례하게 된다. 즉, 배출규제 이상인 황 성분 감지값이 클수록 여과에 참여시킬 여과장치(602)의 개수도 많아지도록 한다.
또한, 상기 제어 컨트롤러(700)는 배가가스에 대한 여과를 진행하는 상황 및 관련 정보를 모니터링 화면에 출력하여 관리자로 하여금 확인할 수 있도록 한다.
도 1을 참조하면, 상기 제3 배관(800)의 일측은 복수의 각 여과장치(600)에 타측은 가스 배출용 굴뚝 전단의 제1 배관(100)에 연결되어, 여과된 배기가스를 제1 배관(100)으로 안내하는 구성으로서, 복수의 각 여과장치(600)에 연결된 복수의 지관과 가스 배출용 굴뚝(30)의 전단부 제1 배관(100)에 연결되는 단일의 모관으로 구성된다.
한편, 본 발명의 시스템(10)은 복수의 여과장치(600)를 구성하여 배기가스에 포함된 황 성분을 저감시키는데, 복수의 여과장치(600)중 여과 성능이 저하되는 여과장치가 발생하게 된다.
여과 성능 저하는 주로 탈황처리부(610)에 구성된 카트리지(40)의 충진제에 많은 황 성분이 흡착되어 있거나, 미세입자 필터링부(620)에 구성된 분진필터(622)에 미세 입자상 물질이나 미세 입자상 물질의 분진이 많이 끼게 되는 것에 기인한다.
따라서 여과 성능이 저하된 여과장치(600)의 교체나 보수를 위해 여과 성능이 저하된 여과장치(600)를 판별할 필요가 있으며, 이를 위해 복수의 여과장치(600) 전단과 후단의 압력을 감지하는 압력감지부(900)를 더 포함하도록 본 발명의 여과 시스템을 구성한다.
따라서 본 발명의 시스템(10)은, 도 1과 같이, 복수의 여과장치(600) 전단과 후단의 압력을 감지하는 압력감지부(900)를 더 포함하여 구성되고, 상기 압력감지부(900)를 통해 복수의 여과장치(600) 전단과 후단의 압력차(이하 '차압')을 비교하여 복수의 여과장치(600) 중 여과 성능이 저하된 여과장치(600)를 판별하도록 한다.
즉, 여과장치(600) 전단과 후단의 압력차(이하 '차압')가 설정치 이상인 경우 여과 성능이 저하된 여과장치로 판단하는 것이다.
여과 성능이 정상적이면 여과장치(600) 전단과 후단의 압력차(이하 '차압')는 설정치 이하가 된다. 그러나 많은 황 성분이 탈황처리부(610)에 구성된 카트리지(40)의 충진제에 흡착되거나 미세입자 필터링부(620)에 구성된 분진필터(622)에 미세 입자상 물질이나 미세 입자상 물질의 분진이 많이 끼면 배기가스가 충진제나 분진필터(622)를 원활히 통과하지 못하게 되는데, 이 경우 여과장치(600) 전단과 후단의 압력차(이하 '차압')가 설정치 이상이 되는 것이다.
도 2를 참조하면, 상기 압력감지부(900)는 제1 압력센서(910)와 복수의 제2 압력센서(920)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 압력센서(910)는 제2 배관(200)의 일측(제2 배관(200)의 단일 모관)에 형성되어 여과장치(600)로 공급되는 배기가스의 압력을 감지하고, 압력 감지값을 제어 컨트롤러(700)로 제공한다.
또한, 상기 복수의 제2 압력센서(920)는 복수의 여과장치(600)의 후단마다 각각 연결된 제3 배관(800)의 일측(제3 배관(800)의 지관)에 형성되어 여과장치(600)에서 배출되는 배기가스의 압력을 감지하고, 압력 감지값을 제어 컨트롤러(700)로 제공한다.
상기 제어 컨트롤러(700)는 제1 압력센서(910)가 감지하여 제공한 압력 감지값과 복수의 제2 압력센서(920)가 감지하여 제공한 압력 감지값들을 비교하여 복수의 여과장치(600)별로 차압을 계산한 다음, 차압이 설정치 이상인 여과장치를 여과 기능에 이상이 있는 여과장치로 판단한다.
이때, 제어 컨트롤러(700)는 1차적으로 여과 기능에 이상이 있는 것으로 판단된 여과장치(600)의 소각버너(621)로 제어신호를 전송하여 소각버너(621)를 동작시켜 분진필터(622)에 끼어 누적되어 있는 미세 입자상 물질이 소각되도록 하여 분진필터(622)의 배기가스 투과력을 향상시킨다.
소각에도 불구하고, 차압이 설정치 이상인 경우, 탈황처리부(610)에 구성된 카트리지(40)의 충진제에 황 성분이 과다하게 흡착된 것으로 판단하여 해당 여과장치(600)의 교체나 보수를 위해 해당 여과장치(600)에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 폐쇄 시켜 해당 여과장치를 여과에서 제외시키고, 여과에 참여하고 있지 않은 추가 여과장치(602)에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 개방시켜 추가 여과장치(602)를 여과에 새롭게 참여시킴으로서, 여과에서 제외된 여과 성능이 저하된 여과장치를 대체한다.
이하에서는, 본 발명의 시스템(10)을 통해 엔진(20)에서 발생한 배기가스에 포함된 황 성분을 여과하는 전체적인 작동 특징에 대해 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 시스템(10)에서 엔진(20)에서 저 유황유가 사용되는 경우에는, 관리자는 제1-1댐퍼(310)를 개방하고 제1-2댐퍼(320)를 폐쇄하여 엔진(20)에서 발생한 배기가스를 바로 가스 배출용 굴뚝(30)으로 공급되도록 안내한다.
도 9를 참조하면, 선박의 엔진(20)에 고 유황유가 사용되면 관리자는 제1-1댐퍼(310)를 폐쇄하고 제1-2댐퍼(320)를 개방하여 엔진(20)에서 발생한 배기가스를 제2 배관(200)을 통해 복수의 여과장치(600)로 공급되게 하여 배기가스에 포함된 황 성분이 여과되도록 하는데, 이때 여과에 참여하는 여과장치는 기본 여과장치(601)이다.
이때, 배기가스 모니터링 센서(500)로부터 황 성분 감지값을 포함하는 감지정보가 제공되면, 황 성분 감지값과 배출규제 기준치와의 비교에 의해 추가로 동작시킬 추가 여과장치(602)를 결정하고, 결정된 추가 여과장치(602)에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 개방하여 배기가스가 결정된 추가 여과장치(602)로 유입되도록 하여 배기가스에 포함된 황 성분이 저감되도록 한다.
기본 여과장치(601)들만 여과에 참여 하던 중, 배기가스 모니터링 센서(500)로부터 감지정보가 제공된다는 것은 현재 여과에 참여하고 있는 기본 여과장치(601)들만으로는 충분한 여과 효과가 없음을 가리키는 것이다.
따라서 상기 제어 컨트롤러(700)는 추가적으로 여과에 참여시킬 추가 여과장치(602)(예: 도10의 추가 여과장치 #1)를 결정하고, 도 10과 같이, 결정된 추가 여과장치(602)(예: 도10의 추가 여과장치 #1)에 연결된 제2 배관(200)상에 형성된 제2 댐퍼(400)를 개방되도록 제어한다.
이때, 상기 제어 컨트롤러(700)가 추가로 여과에 참여시킬 추가 여과장치(602)의 개수는 배기가스 모니터링 센서(500)로부터 제공받은 감지정보에 포함된 황 성분 감지값에 비례하여 증가한다.
즉, 상기 제어 컨트롤러(700)는 배기가스 모니터링 센서(500)가 감지정보를 제공하지 않는 경우에는 복수의 여과장치(600) 중 기본 여과장치(601)들만 여과에 참여하도록 하고, 배기가스 모니터링 센서(500)로부터 황 성분 감지값을 포함하는 감지정보가 제공되면, 추가로 동작시킬 추가 여과장치(602)를 결정하여 여과에 참여시키는 것이다.
또한, 상기 제어 컨트롤러(700)는 제1 압력센서(910)와 복수의 제2 압력센서(920)가 제공하는 압력 감지값의 차압을 이용하여 여과에 참여중인 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602) 중 정상적인 여과를 진행하지 못하는 여과장치가 있는지를 판단한다.
예를 들어, 기본 여과장치 #1의 차압이 설정치 이상이어서 여과 기능에 이상이 있는 것으로 판단되는 경우, 1차적으로 기본 여과장치 #1의 소각버너(621)로 제어신호를 전송하여 기본 여과장치 #1의 분진필터(622)에 끼어 누적되어 있는 미세 입자상 물질을 소가하고, 소각에도 불구하고 차압이 설정치 이상이면 도 11과 같이, 기본 여과장치 #1에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 폐쇄 시켜 기본 여과장치 #1에 더 이상 배기가스가 공급되지 않도록 하고, 대신에 여과에 참여하고 있지 않은 추가 여과장치 #1 또는 추가 여과장치 #n에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 개방시켜 추가 여과장치 #1 또는 추가 여과장치 #n이 배기가스의 여과에 참여하도록 한다.
이때, 관리자는 여과 기능에 이상이 있는 것으로 판단된 여과장치(600)에 가서 카트리지(40)를 점검 및 교체하거나, 분진필터(622)를 점검 및 교체하거나, 탈황처리부(610)와 미세입자 필터링부(620)의 구성들이 정상적으로 작동하는지 점검하거나, 청소모듈(615)을 통해 낙하하여 수집된 황 성분 입자를 외부로 폐기하는 등의 필요한 조치를 취해 여과장치(600)가 정상적인 여과기능을 할 수 있도록 정비한다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 시스템
20 : 엔진
30 : 가스 배출용 굴뚝
40 : 카트리지
100 : 제1 배관
200 : 제2 배관
300 : 제1 댐퍼부
400 : 제2 댐퍼
500 : 배기가스 모니터링 센서
600 : 여과장치
700 : 컨트롤러
800 : 제3 배관
900 : 압력감지부

Claims (8)

  1. 황 성분이 포함된 배기가스를 여과하는 배기가스 여과 시스템에 있어서,
    엔진에서 배출되는 배기가스를 외부로 배출하는 가스 배출용 굴뚝으로 안내하는 제1 배관(100)과;
    일측은 제1 배관(100)에 타측은 복수의 각 여과장치(600)에 각각 연결되어, 엔진에서 배출되는 배기가스를 복수의 여과장치(600)로 분기 시키는 제2 배관(200)과;
    관리자의 조작에 의해, 엔진에서 배출되는 배기가스가 가스 배출용 굴뚝 측으로 이동하도록 하거나, 복수의 여과장치(600) 측으로 이동하도록 동작하는 제1 댐퍼부(300)와;
    각 여과장치(600)로의 배기가스 공급을 위해 제어 컨트롤러(700)의 제어에 따라 개폐가 제어되도록 각 여과장치(600)로 분기된 제2 배관(200)상에 형성되는 복수의 제2 댐퍼(400)와;
    가스 배출용 굴뚝에 설치되어, 외부로 배출되는 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인지를 감지하고, 배기가스에 포함된 황 성분이 기준치 이상인 경우 제어 컨트롤러(700)로 황 성분 감지값을 포함하는 감지정보를 제공하는 배기가스 모니터링 센서(500)와;
    배기가스에 포함된 황 성분을 여과하기 위해, 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(620)를 포함하도록 구성되는 복수의 여과장치(600)와;

    배기가스 모니터링 센서(500)가 제공하는 감지정보를 이용하여 복수의 여과장치(600)중 배기가스 여과에 참여할 여과장치(600)를 결정하고, 결정된 여과장치(600)로 여과할 배기가스가 공급되도록 제2 댐퍼(400)를 제어하는 제어 컨트롤러(700)와;
    일측은 복수의 각 여과장치(600)에 타측은 가스 배출용 굴뚝 전단의 제1 배관(100)에 연결되어, 여과된 배기가스를 제1 배관(100)으로 안내하는 제3 배관(800)을 포함하고,

    상기 복수의 여과장치(600)를 구성하는 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602)는 배기가스에 포함된 황 성분을 탈황 처리하는 탈황처리부(610)를 포함하고,
    상기 탈황처리부(610)는 제1 공간과 제2 공간으로 구분 구획되고,
    제1 공간에는,
    제2 배관(200)을 통해 유입된 배기가스가 제1 탈황 카트리지 모듈(612)로 흡입되도록 회전하는 제1 회전베인(611)과,
    배기가스에 포함된 황 성분을 흡착하여 탈황 처리하는 카트리지(40)를 포함하도록 구성되는 제1 탈황 카트리지 모듈(612)이 형성되고,
    제2 공간에는,
    제1 공간에서 이동한 배기가스에 포함된 황 성분을 흡착하여 탈황 처리하는 카트리지(40)를 포함하도록 구성되는 제2 탈황 카트리지 모듈(613)과,
    탈황된 배기가스가 탈황처리부(610) 외부로 배출되도록 회전하는 제2 회전베인(614)이 형성되며,
    상기 제1, 2 탈황 카트리지 모듈(612, 613)은 제1 공간과 제2 공간 내에서 복수개가 복층 구조로 적층 형성되고,
    상기 제1, 2 탈황 카트리지 모듈(612, 613)에 포함된 카트리지(40)는 제1, 2 탈황 카트리지 모듈(612, 613)에서 착탈식으로 분리 교체되는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602)는 각각 적어도 2개 이상이고,
    상기 제어 컨트롤러(700)는,
    배기가스 모니터링 센서(500)가 감지정보를 제공하지 않는 경우에는 복수의 여과장치(600) 중 기본 여과장치(601)만이 여과에 참여하도록 상기 기본 여과장치(601)에 연결된 제2 배관(200) 상에 형성된 제2 댐퍼(400)를 개방시키고, 배기가스 모니터링 센서(500)가 감지정보를 제공하는 경우에는 감지정보에 포함된 황 성분 감지값에 따라 추가로 여과에 참여시킬 추가 여과장치(602)를 결정하고, 결정된 추가 여과장치(602)에 연결된 제2 배관(200)상에 형성된 제2 댐퍼(400)를 개방시키되,
    추가로 여과에 참여시킬 추가 여과장치(602)의 개수는 황 성분 감지값에 비례하는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 댐퍼부(300)는,
    제1 배관(100) 상에 설치되는 제1-1댐퍼(310)와, 제2 배관(200) 상에 설치되는 제1-2댐퍼(320)를 포함하고,
    엔진에서 저 유황유 사용 시, 관리자 조작에 의해 제1-1댐퍼(310)는 개방되고 제1-2댐퍼(320)는 폐쇄되며,
    엔진에서 고 유황유 사용 시, 관리자 조작에 의해 제1-1댐퍼(310)는 폐쇄되고 제1-2댐퍼(320)는 개방되는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 카트리지(40)에는 배기가스에 포함된 황 성분을 흡착하여 탈황 처리하는 충진제가 충진되고,
    상기 충진제는,
    10~50㎚ 크기의 산화세륨(CeO2) 분말과 바인더를 혼합한 재료를 압출 성형한 팰릿 형태의 충진제와 산화세륨 금속화합물을 압출 성형한 팰릿 형태의 충진제를 포함하고,
    상기 산화세륨 금속화합물은 산화세륨에 Rh, Pt, Pd, Ru, Ir, Ni, Au, CuO, Al2O3, SiO2, V2O3, ZrO2 중 어느 하나가 혼합 된 금속 화합물인 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈황처리부(610)는,
    상기 제1, 2공간에서 낙하한 황 성분 입자를 수집 보관하는 청소모듈(615)을 더 포함하도록 구성되고,
    상기 청소모듈(615)은,
    제1, 2공간에서 낙하하는 황 성분 입자가 보관함(6152)으로 모이도록 깔대기 모양으로 형성되는 경사면(6151)과,
    경사면(6151) 하측에 형성되어 제1, 2공간에서 낙하한 황 성분 입자가 수집 보관되는 보관함(6152)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 여과장치(600)를 구성하는 기본 여과장치(601)와 추가 여과장치(602)는 배기가스에 포함된 미세 입자상 물질을 여과하는 미세입자 필터링부(620)를 더 포함하고,
    상기 미세입자 필터링부(620)는,
    상기 컨트롤러(700)로부터 제어신호가 수신되면 점화되어 분진필터(622)에 끼어 누적되어 있는 미세 입자상 물질을 소각하는 소각버너(621)와,
    소각버너(621)의 하측에 위치하고, 배기가스에 포함되어 있는 미세 입자상 물질을 걸러 여과하거나 소각버너(621)의 소각에 의해 발생된 미세 입자상 물질의 분진을 걸러 여과하는 분진필터(622)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 여과장치(600) 전단과 후단의 압력을 감지하는 압력감지부(900)를 더 포함하고,
    상기 압력감지부(900)는,
    복수의 여과장치(600) 전단의 제2 배관(200)상 한곳에 형성되어 여과장치(600)로 공급되는 배기가스의 압력을 감지하고, 압력 감지값을 제어 컨트롤러(700)로 제공하는 제1 압력센서(910)와,
    복수의 여과장치(600) 후단의 제3 배관(800)상마다 형성되어 해당 여과장치(600)에서 여과된 배기가스의 압력을 감지하고, 압력 감지값을 제어 컨트롤러(700)로 제공하는 복수의 제2 압력센서(920)를 포함하고,
    상기 제어 컨트롤러(700)는,
    제1 압력센서(910)와 복수의 제2 압력센서(920)가 제공하는 압력 감지값을 이용하여 여과 기능에 이상이 있는 여과장치(600)를 판단하고, 1차적으로 여과 기능에 이상이 있는 것으로 판단된 여과장치(600)의 소각버너(621)로 제어신호를 전송하여 소각버너(621)가 분진필터(622)에 끼어 누적되어 있는 미세 입자상 물질을 소각하도록 하고,
    소각에도 불구하고, 차압이 설정치 이상인 경우, 2차적으로 해당 여과장치(600)의 교체나 보수를 위해 해당 여과장치(600)에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 폐쇄 시키고, 여과에 참여하고 있지 않은 추가 여과장치(602)에 매칭 된 제2 댐퍼(400)를 개방시키는 것을 특징으로 하고,
    제어 컨트롤러(700)는 제1 압력센서(910)가 제공한 압력 감지값과 제2 압력센서(920)가 제공한 압력 감지값이 설정된 차압 이상인 경우 해당 여과장치(600)가 여과 기능에 이상이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과 시스템.
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