KR102506274B1 - 블로워 및 이를 구비한 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블로워 및 이를 구비한 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 블로워는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 구동축과, 상기 구동축의 일단에 마련된 원심형 날개차와, 흡기구와 토출구를 가지고 상기 원심형 날개차를 둘러싸며 상기 모터 및 상기 구동축을 수용하는 하우징과, 상기 구동축을 상기 하우징 내부에서 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 모터 방향에서 상기 구동축의 일부와 상기 베어링을 감싸는 누설 가스 수집 챔버와, 상기 누설 가스 수집 챔버와 연결된 누설 가스 배출관, 그리고 상기 누설 가스 배출관 상에 설치되어 상기 누설 가스 수집 챔버 내의 유체를 흡입하기 위한 흡입압을 공급하는 진공 발생기를 포함한다.

Description

블로워 및 이를 구비한 선택적 촉매 환원 시스템{BLOWER AND SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM WITH THE SAME}
본 발명은 블로워 및 이를 구비하고 선택적 촉매 환원 반응을 이용하여 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박 등에 사용되는 동력 장치는 동력을 발생시키는 디젤 엔진과, 디젤 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기(turbocharger), 그리고 디젤 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템 등을 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있도록 이의 성능과 운용이 요구되고 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 경제성과 방사능 규제 등을 고려하여 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 갖는 고온 활성 촉매를 주로 이용하고 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다.
그런데, 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 촉매가 피독되면서 지속적으로 촉매의 활성도가 저하된다. 특히, 고온 활성 촉매가 설치된 반응기에 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 따라서, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매의 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.
하지만, 선박용 저속 디젤 엔진의 경우, 디젤 엔진의 부하 변동에 따라 배기가스의 배출량이 달라지고, 선박이 운항 중인 기후 환경도 선택적 촉매 환원 반응에 영향을 미치므로, 촉매의 피독을 완벽하게 피하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(Urea)나 암모니아(NH3)를 사용하고 있다.
그런데 우레아가 섭씨 250도 미만의 온도를 갖는 배기가스에 직접 분사되면, 우레아가 분해되면서 생성되는 뷰렛(biuret), 시아누르산(cyanuric acid), 멜라민(melamine), 및 아멜린(ammeline) 등과 같은 부산물에 의해 노즐이 막히거나 배기가스의 흐름을 방해하는 문제점이 있다.
이에, 우레아의 분해 효율을 향상시키기 위해 분해 챔버에 별도의 전기 히터 또는 버너를 통해 가열된 유체를 공급하여 분해 챔버의 내부 온도를 분해 반응 온도까지 상승시키고, 우레아를 분해 챔버에서 안정적으로 분해하여 생성된 암모니아(NH3)과 이소시안산(HNCO)을 반응기에 공급하는 방법을 사용하고 있다.
이와 같이, 분해 챔버에서 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하거나 피독된 촉매를 재생시키는데 필요한 열에너지를 공급하기 위하여 버너 또는 히터를 통해 가열된 고온의 유체를 사용하고 있으며, 고온의 유체를 인위적으로 필요한 곳으로 이동시키기 위해 블로워를 사용하고 있다.
그런데, 블로워를 통해 배기가스가 누설되어 주변 공기를 오염시키는 문제점이 발생하고 있다. 구체적으로, 블로워의 구동축을 지지하는 베어링 주변으로 배기가스가 누설되기 쉬우며, 블로워가 가동 중인 경우뿐만 아니라 블로워의 가동이 중단된 경우에도 배기관의 압력으로 인하여 배기가스가 블로워를 통해 누설되는 현상이 발생하고 있다.
본 발명의 실시예는 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 방지한 블로워 및 이를 구비한 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블로워는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 구동축과, 상기 구동축의 일단에 마련된 원심형 날개차와, 흡기구와 토출구를 가지고 상기 원심형 날개차를 둘러싸며 상기 모터 및 상기 구동축을 수용하는 하우징과, 상기 구동축을 상기 하우징 내부에서 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 모터 방향에서 상기 구동축의 일부와 상기 베어링을 감싸는 누설 가스 수집 챔버와, 상기 누설 가스 수집 챔버와 연결된 누설 가스 배출관, 그리고 상기 누설 가스 배출관 상에 설치되어 상기 누설 가스 수집 챔버 내의 유체를 흡입하기 위한 흡입압을 공급하는 진공 발생기를 포함한다.
상기 진공 발생기는 상기 누설 가스 배출관과 연결된 가스 유입구와 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구 그리고 상기 가스 유입구를 통해 흡인된 누설 가스와 상기 압축 공기 유입구를 통해 유입된 압축 공기가 배출되는 배출구를 가지는 본체부와, 상기 본체부의 내부에 설치되며 상기 가스 유입구를 통해 흡인된 누설 가스가 통과하는 노즐부, 그리고 상기 압축 공기 유입구와 상기 배출구를 연결 하는 경로 상에서 상기 노즐부의 외면과 상기 본체부의 내면 사이에 형성되며 상기 압축 공기가 통과하면서 유속이 증가되어 진공이 형성되는 진공발생 유로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 상기 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되며 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 재순환 유로와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 상기한 블로워, 그리고 상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치를 포함한다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 재순환 유로 상에 설치된 분해 챔버와, 상기 분해 챔버에 환원제 전구체를 공급하는 환원제 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 누설 가스 배출관은 상기 블로워 후방의 재순환 유로에 연결될 수 있다.
또한, 상기 누설 가스 배출관은 상기 블로워 전방의 재순환 유로에 연결될 수도 있다.
또한, 상기 누설 가스 수집 챔버에 모인 유체는 상기 누설 가스 배출관을 통해 외부로 배출될 수도 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점 전방의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 개폐 밸브와, 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 분기 지점 후방의 상기 배기 유로 상게 설치된 제2 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 재순환 유로 상에 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 재순환 유로 상에 설치되어 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제2 개폐 밸브가 닫힌 상태에서 상기 압축 공기 공급부가 상기 재순환 유로 내 압축 공기를 공급하면 상기 재순환 유로 내 압력을 조절하는 릴리프 밸브 또는 안전 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 재순환 유로 내 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 압축 공기 공급부는 상기 압력 센서가 측정한 압력이 기설정된 압력을 초과하면 압축 공기의 공급을 중단할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 압축 공기 공급부가 상기 재순환 유로에 공급하는 압력을 기설정된 압력 이하로 저감시키는 감압 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블로워 및 이를 구비한 선택적 촉매 환원 시스템은 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 블로워의 단면도이다.
도 2는 도 1의 블로워의 구성도이다.
도 3은 도 1의 블로워에 사용된 진공 발생기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 블로워의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 블로워의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 블로워(201)를 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 블로워(201)는 선택적 촉매 환원 시스템(101)(도 6에 도시함)에서 질소산화물을 저감시킨 또는 저감시키고자 하는 배기가스의 일부를 인위적으로 이동시키고자 할 때 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 블로워(201)는 모터(210), 구동축(211), 원심형 날개차(250), 하우징(230), 베어링(280), 누설 가스 수집 챔버(260), 누설 가스 배출관(290), 및 진공 발생기(270)를 포함한다.
모터(210)는 후술할 원심형 날개차(250)를 회전시키기 위한 동력을 발생시킨다. 구체적으로, 모터(210)가 구동축(211)을 회전시키면, 구동축(211)의 일단에 연결된 원심형 날개차(250)가 회전한다.
하우징(230)은 흡기구(231)와 토출구(239)를 가지고 원심형 날개차(250)를 둘러싸며, 모터(210) 및 구동축(211)을 내부에 수용한다. 원심형 날개차(250)가 회전하면 배기가스는 흡기구(231)로 흡입된 후 토출구(239)로 배출된다.
베어링(280)은 구동축(211)을 하우징(230) 내부에서 회전 가능하게 지지한다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에서는, 배기가스가 구동축(211) 주변으로 누설되는 것을 1차적으로 억제하기 위한 실링 부재가 베어링(280) 주변에 마련될 수 있다. 하지만, 실링 부재는 구동축(211)이 회전하므로 배기가스의 누설을 완벽하게 차단할 수 없으며, 장시간 사용시 마모되어 점점 누설 가스의 양이 증가하게 된다.
누설 가스 수집 챔버(260)는 모터(210) 방향에서 구동축(211)의 일부와 베어링(280)을 감싼다. 흡기구(231)를 통해 유입된 배기가스가 전부 토출구(239)를 통해 배출되지 않고, 구동축(211)과 하우징(230)의 틈새로 누설될 수 있다. 이와 같이 누설된 배기가스는 누설 가스 수집 챔버(260)에 모이게 된다.
누설 가스 배출관(290)은 누설 가스 수집 챔버(260)와 연결된다. 누설 가스 배출관(290)은 누설 가스 수집 챔버(260)에 모인 누설 가스를 이동시킨다.
본 발명의 제1 실시예에서, 누설 가스 배출관(290)은 하우징(230)의 흡입구(231)와 연결된다. 즉, 누설 가스 배출관(290)은 블로워(201) 전방의 후술할 재순환 유로(680)에 연결된다. 따라서, 누설 가스 수집 챔버(260) 내의 누설 가스는 누설 가스 배출관(290)을 통해 다시 블로워(201)로 흡입된 후 토출구(239)를 통해 배출된다.
본 명세서에서, 전방이라 함은 유체의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하며, 후방이라 함은 유체의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.
진공 발생기(270)는 누설 가스 배출관(290) 상에 설치되어 누설 가스 수집 챔버(260) 내의 유체, 즉 누설 가스를 흡입하기 위한 흡입압을 공급한다.
이때, 진공 발생기(270)는 모터(210)의 구동 또는 원심형 날개차(250)의 회전과 별개로 독립적으로 동작하며, 외부에서 공급받은 압축 공기를 활용하여 누설 가스 수집 챔버(260)로부터 누설 가스를 흡입하기 위한 흡입 압력을 누설 가스 배출관(290)에 제공한다. 이때, 압축 공기는 차량, 선박, 또는 플랜트에서 다양한 용도로 사용되는 압축 공기를 활용하거나 후술할 선택적 촉매 환원 시스템(101)에 사용되는 압축 공기를 사용할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 발생기(270)는 본체부(271)와, 노즐부(274), 그리고 진공 발생 유로(275)를 포함한다.
본체부(271)는 누설 가스 배출관(290)과 연결된 가스 유입구(272)와, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구(276), 그리고 가스 유입구(272)를 통해 흡인된 누설 가스와 압축 공기 유입구(276)를 통해 유입된 압축 공기가 배출되는 배출구(273)를 포함한다. 즉, 본체부(271)의 가스 유입구(272)와 배출구(273)는 각각 누설 가스 배출관(290)과 연결되고, 압축 공기 유입구(276)는 외부에서 제공되는 압축 공기 공급 수단과 연결된다.
노즐부(274)는 본체부(271)의 내부에 설치되며 가스 유입구(272)를 통해 흡인된 누설 가스가 통과하게 된다. 일례로, 노즐부(274)는 중공형의 관형으로 형성될 수 있다.
진공발생 유로(275)는 압축 공기 유입구(276)와 배출구(273)를 연결 하는 경로 상에서 노즐부(274)의 외면과 본체부(271)의 내면 사이에 형성되며 압축 공기가 통과하면서 유속이 증가되어 진공이 형성된다.
즉, 압축 공기 유입구(276)를 통해 유입된 압축 공기는 노즐부(274)의 외면과 본체부(271)의 내면 사이에 형성된 진공발생 유로(275)를 따라 나선 형태로 회전하며 노즐부(274)의 일단과 본체부(271) 사이에 형성된 환상의 좁은 면적의 진공발생 유로(275)를 통과하며 유속 증가에 따른 압력 강하에 의해 진공을 형성한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 블로워(201)는 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 블로워(201)는 하우징(230)의 흡기구(231)로 흡입된 배기가스가 전부 토출구(239)로 배출되지 않고, 구동축(211) 주변으로 일부 누설된 배기가스를 수집하여 다시 흡기구(231)로 이동시킴으로써, 배기가스가 블로워(201) 밖으로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 블로워(202)의 누설 가스 배출관(290)은 하우징(230)의 토출구(239)와 연결된다. 즉, 누설 가스 배출관(290)은 블로워(202) 전방의 후술할 재순환 유로(680)에 연결된다. 따라서 누설 가스 수집 챔버(260) 내의 누설 가스는 누설 가스 배출관(290)을 통해 블로워(202)에서 토출된 배기가스와 합류하게 된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 블로워(202)도 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 방지할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 블로워(203)의 누설 가스 배출관(290)은 누설 가스 수집 챔버(260) 내의 누설 가스를 외부, 즉 대기 중으로 배출시킨다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 블로워(203)도 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 방지할 수 있다. 여기서, 주변 환경은 후술할 선택적 촉매 환원 시스템(101)이 설치된 선박, 차량, 또는 플랜트의 내부 환경을 의미한다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제4 실시예를 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 블로워(201, 202, 203) 중 하나를 포함한다.
이하, 본 명세서에서 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 대표적으로 제1 실시예에 따른 블로워(201)를 사용하는 것으로 설명한다. 하지만, 선택적 촉매 환원 시스템(101)에 제2 실시예 또는 제3 실시예에 따른 블로워(202, 203)도 적용 가능함은 물론이다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 동력 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시킨다. 일례로, 동력 장치는 선박에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 디젤 엔진일 수 있다. 또한, 디젤 엔진은 선박용 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다.
하지만, 본 발명의 제4 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 장치로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.
또한, 동력 장치는 과급기를 포함할 수 있다. 과급기는 디젤 엔진의 배기구와 연결되어 디젤 엔진의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 디젤 엔진에 새로운 외부 공기를 압축하여 공급한다. 이에, 과급기가 장착된 디젤 엔진은 효율이 향상된다. 하지만, 과급기는 필요에 따라 생략될 수도 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에서, 동력 장치인 디젤 엔진이 배출하는 배기가스는 섭씨 250도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 배기가스의 온도는 과급기를 거치면 낮아질 수 있다. 일례로, 과급기를 거친 배기가스는 온도가 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만으로 낮아질 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 배기 유로(610), 반응기(300), 재순환 유로(680), 블로워(201), 및 가열 장치(400)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 분해 챔버(500), 환원제 공급부(550), 제1 개폐 밸브(710), 제2 개폐 밸브(720), 및 압축 공기 공급부(700)를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 릴리프 밸브 또는 안전 밸브(800)를 더 포함한다.
배기 유로(610)는 전술한 동력 장치에 연결되어 질소산화물을 함유한 배기가스를 배출시킨다. 즉, 배기 유로(610)를 따라 질소산화물을 함유한 배기가스가 이동한다.
반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 즉, 반응기(300)는 배기 유로(610)를 통해 배기가스를 전달받는다. 반응기(300)는 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매를 포함한다. 촉매는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수 있다. 즉, 촉매가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.
촉매는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매가 피독되면서 효율이 저하된다.
예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.
구체적으로, 촉매를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매를 승온시켜 피독된 촉매를 재생할 수 있다.
환원제로는 암모니아(NH3)가 사용된다. 본 발명의 제4 실시예에서는, 후술할 환원제 공급부(550)가 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 공급한다. 이때, 우레아(urea, CO(NH2)2)는 수용액의 형태로 환원제 공급부(550)를 통해 분사될 수 있다. 우레아(urea, CO(NH2)2)는 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성한다.
또한, 반응기(300)의 하우징은, 일례로, 내열성이 우수한 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.
환원제 공급부(550)는 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 후술할 분해 챔버(500)에 공급한다. 또한, 환원제 공급부(550)는, 동력 장치로 선박용 디젤 엔진이 사용된 경우, 디젤 엔진의 부하에 따라 변동하는 환원제 요구량을 고려하여 적절한 양의 우레아를 분해 챔버(500)에 공급할 수 있다.
일례로, 환원제 공급부(550)는 저장 탱크, 분사 노즐, 분무용 압축 공기 공급 장치 등 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 구성을 포함할 수 있다.
재순환 유로(680)는 반응기(300) 후방의 배기 유로(610)에서 분기되어 반응기(300) 전방의 배기 유로에 합류한다.
블로워(201)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 블로워(201)는 반응기 후방의 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스의 일부를 재순환 유로(680)로 끌어들인다. 또한, 블로워(201)는 재순환 유로(680)를 따라 이동하는 유체의 유량을 제어할 수 있다.
가열 장치(400)도 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 가열 장치(400)는 블로워(201)에 의해 재순환 유로(680)를 흐르는 유체를 가열하여 승온시킨다.
본 발명의 제4 실시예에서, 가열 장치(400)가 공급하는 열에너지는 반응기(300)에 설치된 촉매의 재생에 사용되거나, 환원제 공급부(550)가 분사한 환원제 전구체인 우레아를 환원제인 암모니아로 분해시키는데 사용될 수 있다.
또한, 가열 장치(400)는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner)일 수 있다. 따라서, 재순환 유로(680)를 이동하는 유체에 산소가 부족하여 가열 장치(400)의 가동에는 추가적인 산소가 요구될 수 있다. 이때에는, 외기 공급 장치(미도시)를 통해 재순환 유로(680)에 외부 공기를 공급할 수도 있다.
분해 챔버(500)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 환원제 공급부(550)가 공급하는 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)는 분해 챔버(500)에 분사되며, 우레아는 분해 챔버(500)에서 가열 장치에 의해 승온된 유체가 갖는 열에너지에 의해 분해되어 질소산화물(NOx)을 환원시킬 환원제로 사용되는 암모니아(NH3)가 생성된다.
제1 개폐 밸브(710)는 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 합류 지점 전방의 배기 유로(610) 상에 설치되고, 제2 개폐 밸브(720)는 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 분기 지점 후방의 배기 유로(610) 상게 설치된다. 따라서, 제1 개폐 밸브(710)와 제2 개폐 밸브(720)가 닫히면 반응기(300)와 재순환 유로(680)를 연결하는 폐회로가 형성된다. 다만, 본 명세서에서 폐회로는 상징적인 의미로 설정된 표현이며, 제1 개폐 밸브(710) 또는 제2 개폐 밸브(720) 중 하나 이상에 일부 배기가스의 누출 또는 누입이 수반될 수 있다. 즉, 제1 개폐 밸브(710) 또는 제2 개폐 밸브(720)는 완벽하게 배기가스의 이동을 차단하지 못하고 일부 배기가스가 새어 나갈 수 있다.
압축 공기 공급부(700)는 재순환 유로(680) 상에 압축 공기를 공급한다. 압축 공기 공급부(700)는 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 전술한 블로워(201)의 진공 발생기(270)에도 압축 공기를 공급할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에서, 압축 공기 공급부(700)는 제1 개폐 밸브(710)와 제2 개폐 밸브(720)가 닫힌 상태에서 재순환 유로(680) 내 압축 공기를 공급할 수 있다.
일례로, 제1 개폐 밸브(710)와 제2 개폐 밸브(720)는 반응기(300)의 촉매를 재생하거나 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 가동을 중단하는 경우 닫힐 수 있다. 이때, 질소산화물이 저감되지 않은 오염된 상태의 배기가스가 제1 개폐 밸브(710) 또는 제2 개폐 밸브(720)르 새어 들어 반응기(300)로 유입될 수 있다. 이와 같이, 배기가스가 임의로 반응기(300)에 유입되면, 반응기(300)의 촉매를 피독시키거나 기타 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
이에, 본 발명의 제4 실시예에서는, 제1 개폐 밸브(710)와 제2 개폐 밸브(720)가 닫히면 압축 공기 공급부(700)가 재순환 유로(680)에 압축 공기를 공급하여 반응기(300)와 재순환 유로(680)를 포함하는 폐회로의 내부 압력을 폐회로의 외부 압력보다 높게 유지시킨다. 그러면, 압력 차이에 의해 제1 개폐 밸브(710)와 제2 개폐 밸브(720)를 통해 배기가스가 폐회로 내부로 누입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 압축 공기 공급부(700)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 별도로 마련될 수 있으나 본 발명의 제4 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축 공기 공급부(700)는 반응기(300)의 내부에 설치되어 촉매에 부착된 이물질을 물리적으로 제거하기 위한 수트 블로워이거나 가열 장치(400)로 버너가 사용되는 경우 버너에 연소용 공기를 공급하는 외기 공급부일 수 있다.
릴리프 밸브(relief valve) 또는 안전 밸브(safety valve)(800)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 릴리프 밸브 또는 안전 밸브(800)는 제1 개폐 밸브(710)와 제2 개폐 밸브(720)가 닫힌 상태에서 압축 공기 공급부(700)가 재순환 유로(680) 내 압축 공기를 공급할 때, 재순환 유로(680) 내 압력을 조절하여 재순환 유로(680)와 반응기(300)를 포함하는 폐회로의 내부 압력이 지나치게 높아지는 것을 방지한다.
즉, 릴리프 밸브 또는 안전 밸브(800)는 재순환 유로(680)의 압력이 기설정된 압력을 넘으면 자동으로 작동하여 재순환 유로(680) 내부의 압력을 조절한다. 여기서, 기설정된 압력은 선택적 촉매 환원 시스템(101) 및 각 종 배관의 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제5 실시예를 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 재순환 유로(680) 내 압력을 측정하는 압력 센서(770)를 더 포함한다.
그리고 압축 공기 공급부(700)는 압력 센서(770)가 측정한 압력이 기설정된 압력을 초과하면 압축 공기의 공급을 중단한다. 여기서, 기설정된 압력은 선택적 촉매 환원 시스템(101) 및 각 종 배관의 사양에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시예에서, 제4 실시예의 릴리프 밸브 또는 안전 밸브(800)는 생략될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 압력 센서(770)가 추가되고, 압축 공기 공급부(700)는 압력 센서(7770)가 측정한 압력에 따라 압축 공기의 공급 여부를 결정하며, 릴리프 밸브 또는 안전 밸브(800)가 생략될 수 있다는 점을 제외하면, 제4 실시예와 동일하다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제6 실시예를 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 압축 공기 공급부(700)가 재순환 유로(680)에 공급하는 압력을 기설정된 압력 이하로 저감시키는 감압 밸브(780)를 더 포함한다.
즉, 감압 밸브(780)는 압축 공기 공급부(700)가 재순환 유로(680)에 과도한 압력의 압축 공기를 공급하지 않도록 압축 공기의 압력을 미리 감압시킨다.
이와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 감압 밸브(780)가 추가되고, 대신 릴리프 밸브 또는 안전 밸브(800)가 생략될 수 있다는 점을 제외하면, 제4 실시예와 동일하다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 누설 가스에 의한 주변 환경의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101, 102, 103: 선택적 촉매 환원 시스템
201, 202, 203: 블로워
210: 모터
211: 구동축
230: 하우징
231: 흡기구
239: 토출구
250: 원심형 날개차
260: 누설 가스 수집 챔버
270: 진공 발생기
271: 본체부
272: 가스 유입구
273: 배출구
275: 진공발생 유로
276: 압축 공기 유입구
280: 베어링
290: 누설 가스 배출관
300: 반응기
400: 가열 장치
500: 분해 챔버
550: 환원제 공급부
610: 배기 유로
680: 재순환 유로
700: 압축 공기 공급부
710: 제1 개폐 밸브
720: 제2 개폐 밸브
770: 압력 센서
780: 감압 밸브
800: 릴리프 밸브 또는 안전 밸브

Claims (12)

  1. 모터;
    상기 모터에 의해 회전하는 구동축;
    상기 구동축의 일단에 마련된 원심형 날개차;
    흡기구와 토출구를 가지고 상기 원심형 날개차를 둘러싸며 상기 모터 및 상기 구동축을 수용하는 하우징;
    상기 구동축을 상기 하우징 내부에서 회전 가능하게 지지하는 베어링;
    상기 모터 방향에서 상기 구동축의 일부와 상기 베어링을 감싸는 누설 가스 수집 챔버;
    상기 누설 가스 수집 챔버와 연결된 누설 가스 배출관; 및
    상기 누설 가스 배출관 상에 설치되어 상기 누설 가스 수집 챔버 내의 유체를 흡입하기 위한 흡입압을 공급하는 진공 발생기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 블로워.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 발생기는,
    상기 누설 가스 배출관과 연결된 가스 유입구와, 압축 공기가 유입되는 압축 공기 유입구, 그리고 상기 가스 유입구를 통해 흡인된 누설 가스와 상기 압축 공기 유입구를 통해 유입된 압축 공기가 배출되는 배출구를 가지는 본체부;
    상기 본체부의 내부에 설치되며 상기 가스 유입구를 통해 흡인된 누설 가스가 통과하는 노즐부; 및
    상기 압축 공기 유입구와 상기 배출구를 연결 하는 경로 상에서 상기 노즐부의 외면과 상기 본체부의 내면 사이에 형성되며 상기 압축 공기가 통과하면서 유속이 증가되어 진공이 형성되는 진공발생 유로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 블로워.
  3. 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템에 있어서,
    상기 배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치되며 촉매가 내부에 설치된 반응기;
    상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 재순환 유로;
    상기 재순환 유로 상에 설치된 제1항의 블로워; 그리고
    상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 재순환 유로 상에 설치된 분해 챔버와;
    상기 분해 챔버에 환원제 전구체를 공급하는 환원제 공급부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 누설 가스 배출관은 상기 블로워 후방의 재순환 유로에 연결되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 누설 가스 배출관은 상기 블로워 전방의 재순환 유로에 연결되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 누설 가스 수집 챔버에 모인 유체는 상기 누설 가스 배출관을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점 전방의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 개폐 밸브와;
    상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 분기 지점 후방의 상기 배기 유로 상게 설치된 제2 개폐 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 재순환 유로 상에 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 재순환 유로 상에 설치되어 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제2 개폐 밸브가 닫힌 상태에서 상기 압축 공기 공급부가 상기 재순환 유로 내 압축 공기를 공급하면 상기 재순환 유로 내 압력을 조절하는 릴리프 밸브 또는 안전 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 재순환 유로 내 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하며,
    상기 압축 공기 공급부는 상기 압력 센서가 측정한 압력이 기설정된 압력을 초과하면 압축 공기의 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 압축 공기 공급부가 상기 재순환 유로에 공급하는 압력을 기설정된 압력 이하로 저감시키는 감압 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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