KR102574990B1

KR102574990B1 - 선택적 촉매 환원 시스템

Info

Publication number: KR102574990B1
Application number: KR1020210171483A
Authority: KR
Inventors: 김은택; 황진우; 이주희; 이균
Original assignee: 에이치에스디엔진 주식회사
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2023-09-06
Also published as: KR20230083469A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치된 반응기와, 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 설치된 제1 차단 밸브와, 상기 제1 차단 밸브와 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로로 유체를 공급하기 위한 유체 공급부와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에 설치된 제2 차단 밸브와, 상기 제2 차단 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 제1 병렬 유로와, 상기 제1 병렬 유로 상에 설치된 오리피스와, 상기 제1 병렬 유로와 병렬로 상기 배기 유로에 연결된 제2 병렬 유로와, 상기 제2 병렬 유로 상에 설치된 벤팅 컨트롤 밸브와, 상기 제2 차단 밸브의 전후방 간의 압력 차이를 검출하는 차압 검출 장치, 그리고 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동되면 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브를 제어하는 제어 장치를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}

본 발명은 선택적 촉매 환원 반응 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.

산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.

대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다. 이 중에서 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 설비로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다. 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 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있어야 할 뿐만 아니라 선택적 촉매 환원 시스템의 운용에는 별도의 에너지가 소모되므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.

한편, 선박이 정박 중이거나 운항 중 유지 보수 중이거나 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III) 외 지역을 운항하는 경우에는 선택적 촉매 환원 시스템을 가동하지 않을 수 있다. 이와 같이, 선택적 촉매 환원 시스템을 작동하지 않고 엔진 가동만 하는 경우에는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 선택적 촉매 환원 시스템을 거치지 않고, 별도의 바이패스 라인을 통해 배출된다.

그런데, 선택적 촉매 환원 시스템의 가동 시에는, 배기가스가 배관을 통해 반응기를 통과하면서 처리되다가, 엔진만 운전하고 선택적 촉매 환원 시스템을 가동하지 않는 경우에는 배관 및 반응기의 내부에 엔진에서 배출된 배기가스의 일부가 필연적으로 잔존하게 된다. 그리고 선택적 촉매 환원 시스템의 내부에 배기가스가 장기간 잔존하게 되면, 반응기 및 배관이 부식되는 현상이 발생되는 문제점이 있다. 예를 들어, 반응기 내부의 온도가 낮아지며 응축된 물과 배기가스 내부에 포함된 황성분이 결합하여 황산을 생성하게 되고, 이러한 황산은 촉매 및 반응기 그리고 배관 등을 부식시키게 된다.

또한, 선택적 촉매 환원 시스템으로 배기가스를 유입 및 배출시키는 유입 밸브와 배출 밸브는 닫히더라도 완벽하게 배기가스를 차단하지 못하고 소량의 배기가스가 유입 밸브를 통과하여 배관을 따라 반응기로 향하게 된다. 이러한 배기가스의 누설도 선택적 촉매 환원 시스템 내부에서 부식을 발생시키는 원인이 되고 있다.

본 발명의 실시예는 반응기와 배관에 잔존하는 배기가스에 의한 부식의 발생을 억제할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되며 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기와, 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 설치된 제1 차단 밸브와, 상기 제1 차단 밸브와 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로로 유체를 공급하기 위한 유체 공급부와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에 설치된 제2 차단 밸브와, 상기 제2 차단 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 제1 병렬 유로와, 상기 제1 병렬 유로 상에 설치된 오리피스와, 상기 제1 병렬 유로와 병렬로 상기 배기 유로에 연결된 제2 병렬 유로와, 상기 제2 병렬 유로 상에 설치된 벤팅 컨트롤 밸브(venting control valve)와, 상기 제2 차단 밸브의 전후방 간의 압력 차이를 검출하는 차압 검출 장치, 그리고 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동되면 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브를 제어하는 제어 장치를 포함한다.

상기 선택적 촉매 환원 시스템은 선박에 설치되어 선박의 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시킬 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 선박이 배기가스 배출 비규제지역에 진입하거나 운항을 중단하면 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브를 닫을 수 있다.

상기 반응기를 거친 배기가스의 압력에 의해 과급기의 터빈이 회전하도록 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로가 과급기의 터빈과 연결될 수 있다.

상기 제어 장치는 상기 차압 검출 장치에서 검출된 상기 제2 차단 밸브의 전후방 간의 압력 차이가 커지면 상기 벤팅 컨트롤 밸브의 개도율을 증가시킬 수 있다.

상기 배기 유로는 엔진과 연결되어 엔진에서 배출된 배기가스를 이동시킬 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브를 제어할 수 있다.

상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브의 동작 속도를 제어하고, 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브의 개도율을 제어할 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 유체 공급부와 상기 배기 유로를 연결하는 유체 공급 유로와, 상기 유체 공급 유로 상에 설치된 유체 공급 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 제1 차단 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 설치된 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 차단 밸브는 스로틀 밸브(throttle valve)일 수 있다.

그리고 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동된 상태에서 상기 벤팅 컨트롤 밸브에 이상이 발생하면, 상기 제어 장치는 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 제2 차단 밸브의 개도율을 제어할 수도 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 제2 차단 밸브 전방과 상기 제1 차단 밸브 후방 사이의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 비상 유로와, 상기 비상 유로에 설치된 릴리프 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동된 상태에서 상기 벤팅 컨트롤 밸브에 이상이 발생하면, 상기 릴리프 밸브가 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브 사이의 압력을 기설정된 압력 이하로 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 반응기와 배관에 잔존하는 배기가스에 의한 부식의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 2은 본 발명의 제2 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 제2 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도면들은 개략적이고 축척에 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.

또한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가진다. 본 명세서에 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '포함하는', '구비하는', '갖는' 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '제1', '제2' 등의 표현들은 복수의 구성 요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 엔진(100)으로부터 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키는데 사용된다.

일례로, 엔진(100)은 선박용 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 엔진(100)은 4행 중속 디젤 엔진일 수도 있다. 또한, 복수의 엔진(100)이 사용될 수도 있으며, 이 경우 2행정 저속 디젤 엔진과 4행 중속 디젤 엔진이 혼용될 수 있다. 이때, 2행정 저속 디젤 엔진은 선박에 추친력을 제공하는 주동력원으로 사용될 수 있으며, 4행 중속 디젤 엔진은 발전용 또는 보조 동력원 사용될 수 있다.

또한, 엔진(100)이 반드시 선박용에 한정되는 것은 아니며 차량용 엔진이거나 플랜트에 사용되는 엔진일 수도 있다. 그 밖에도 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 엔진이 배출하는 배기가스는 섭씨 200도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 섭씨 150도 이상 섭씨 200도 미만으로 낮아질 수도 있다.

또한, 엔진(100)과 함께 과급기(150)가 사용될 수 있다. 과급기(150)는 엔진(100)에서 배출되는 배기가스에 회전되는 터빈(152)과 터빈(152)의 회전에 따라 구동되며 엔진(100)으로 외기를 압축시켜 공급하는 압축기(151)를 포함할 수 있다. 과급기(150)의 터빈(152)은 반응기(300)를 통과한 배기가스에 의해 회전될 수 있다. 즉, 반응기(300)를 거친 배기가스의 압력에 의해 과급기(150)의 터빈(152)이 회전하도록 반응기(300) 후방의 배기 유로(610)가 과급기(150)의 터빈(152)과 연결될 수 있다.

이하, 본 명세서에서 전방이라 함은 배기가스를 포함한 유체의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하며, 후방이라 함은 배기가스를 포함한 유체의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 배기 유로(610), 반응기(300), 제1 차단 밸브(711), 유체 공급부(400), 제2 차단 밸브(712), 제1 병렬 유로(680), 제2 병렬 유로(670), 오리피스(780), 벤팅 컨트롤 밸브(770), 차압 검출 장치(760), 및 제어 장치(700)를 포함한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 유체 공급 유로(640), 유체 공급 밸브(740), 바이패스 유로(620), 및 바이패스 밸브(720)를 더 포함할 수 있다.

배기 유로(610)는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시킨다. 그리고 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스는 후술할 반응기(300)를 거쳐 외부로 배출된다. 일례로, 배기 유로(610)는 엔진(100)의 배기구와 연결되어 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 배출시킬 수 있다.

반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 즉, 반응기(300)는 배기 유로(610)를 통해 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 전달받는다. 그리고 반응기(300)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매(350)를 내장한다. 촉매(350)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수도 있다. 즉, 촉매(350)가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다. 촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매(350)가 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, 촉매(350)를 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 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.

제1 차단 밸브(711)는 반응기(300) 전방의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 제1 차단 밸브(711)는 반응기(300)에 배기가스를 유입시키거나 유입을 차단하게 된다.

제2 차단 밸브(712)는 반응기(300) 후방의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 제2 차단 밸브(712)는 반응기(300)로부터 배기가스를 배출시키거나 배출을 차단하게 된다. 예를 들어, 제2 차단 밸브(712)는 스로틀 밸브(throttle valve)일 수 있다. 이에, 제2 차단 밸브(712)는 단순히 배기 유로(610)를 개폐하는데 그치지 않고 개도율을 조절할 수도 있다.

바이패스 유로(620)는 제1 차단 밸브(711) 전방의 배기 유로(610)에서 분기되어 제2 차단 밸브(712) 후방의 배기 유로(610)에 합류할 수 있다. 즉, 바이패스 유로(620)는 반응기(300)를 우회하여 배기가스를 배출시킬 수 있다.

바이패스 밸브(720)는 바이패스 유로(620)에 설치될 수 있다. 바이패스 밸브(720)는 바이패스 유로(620)를 개폐할 수 있다. 제1 차단 밸브(711)가 닫히면 바이패스 밸브(720)가 열리면서 반응기(300)로 향하지 못하는 배기가스는 바이패스 유로(620)를 통해 반응기(300)를 우회하여 배출될 수 있다.

유체 공급부(400)는 제1 차단 밸브(711)와 반응기(300) 사이의 배기 유로(610)로 유체를 공급할 수 있다. 제1 차단 밸브(711)가 닫히면, 유체 공급부(400)가 유체를 공급하여 반응기(300) 내부에 잔존하는 배기가스를 제거하게 된다. 또한, 유체 공급부(400)가 공급하는 유체는 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712) 사이의 압력을 기설정된 압력 이상으로 유지하여 반응기(300) 내부로 배기가스가 유입되는 것을 억제하게 된다.

한편, 제1 차단 밸브(711)가 닫히더라도 배기가스를 완전히 차단하지 못하고 소량의 배기가스가 제1 차단 밸브(711)를 통과하여 배기 유로(610)를 따라 반응기(300)로 향하게 될 수 있다. 이러한 배기가스의 누설도 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 내부에서 부식을 발생시키는 원인이 되므로, 제1 차단 밸브(711)가 닫힌 후 잔존하는 배기가스를 배출시킨 이후에도 유체 공급부(400)가 공급하는 유체로 반응기(300) 내부의 압력을 상대적으로 높게 지속적으로 유지하여 배기가스가 제1 차단 밸브(711)에서 누설되어 반응기(300)로 유입되는 것을 억제할 수 있다.

전술한 바와 같이, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 반응기(300)와 각종 배관의 부식을 방지할 수 있으며, 잔존하는 배기가스를 배출시키고 부식을 방지할 목적으로 유체 공급부(400)가 공급하는 유체를 벤팅 에어(venting air)라 하며 이는 압축 공기일 수 있다.

또한, 유체 공급부(400)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 유체 공급부(400)는 과급기(150)의 압축기(151)로부터 압축된 공기를 공급받거나 선박에 비치된 압축 공기 탱크 또는 압축 공기 공급 펌프 중 하나일 수 있다.

유체 공급 유로(640)는 유체 공급부(400)와 배기 유로(610)를 연결할 수 있다. 구체적으로, 유체 공급 유로(640)는 유체 공급부(400)를 제1 차단 밸브(711)와 반응기(300) 사이의 배기 유로(610)에 연결할 수 있다.

유체 공급 밸브(740)는 유체 공급 유로(640) 상에 설치될 수 있다. 후술할 제어 장치(700)는 유체 공급 밸브(740)를 제어하여 유체 공급부(400)가 배기 유로(610)로 공급하는 유체의 유량과 압력을 조절할 수 있다.

제1 병렬 유로(680)는 제2 차단 밸브 전방(712)의 배기 유로(610)에서 분기되어 제2 차단 밸브(712) 후방의 배기 유로(610)에 합류할 수 있다. 즉, 제1 병렬 유로(680)는 제2 차단 밸브(712)를 우회하여 배기 유로(610)에 병렬로 연결될 수 있다.

제2 병렬 유로(670)는 제1 병렬 유로(680)와 병렬로 배기 유로(610)에 연결될 수 있다. 즉, 제2 병렬 유로(670)도 제1 병렬 유로(680)와 마찬가지로 제2 차단 밸브(712)를 우회하여 배기 유로(610)에 병렬로 연결될 수 있다.

오리피스(orifice)(780)는 제1 병렬 유로(680) 상에 설치될 수 있다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에서, 제1 병렬 유로(680)에 설치된 오리피스(780)는 유체 공급부(400)가 공급하는 유체를 충분히 배출할 수 없는 상대적으로 작은 크기의 구멍을 갖는다. 즉, 제2 차단 밸브(712)와 후술할 벤팅 컨트롤 밸브(770)가 닫히거나 막힌 상태에서는 오리피스(780)가 유체 공급부(400)가 공급한 유체를 충분히 배출하지 못하여 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712) 사이의 압력이 조금씩 상승하게 될 수 있다.

벤팅 컨트롤 밸브(venting control valve)(770)는 제2 병렬 유로(670) 상에 설치될 수 있다. 벤팅 컨트롤 밸브(770)는 제2 병렬 유로(670)를 통해 배출되는 유체의 유량을 조절할 수 있다.

차압 검출 장치(760)는 제2 차단 밸브(712)의 전후방 간의 압력 차이를 검출할 수 있다.

제어 장치(700)는 선박이 배기가스 배출 비규제지역에 진입하거나 운항을 중단하면 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)를 닫을 수 있다. 또한, 제어 장치(700)는 유지 보수를 위해서 필요에 따라 운항 중에도 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)를 닫을 수 있다. 그리고 제어 장치(700)는 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)가 닫히면 바이패스 밸브(720)를 열어 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 바이패스 유로(620)를 통해 반응기(300)를 우회시켜 배출하게 된다.

또한, 제어 장치(700)는 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)가 닫히고 유체 공급부(400)가 가동되면, 차압 검출 장치(760)의 검출값에 따라 벤팅 컨트롤 밸브(770)를 제어할 수 있다. 이때, 제어 장치(700)는 유체 공급 밸브(740)를 제어하여 배기 유로(640)로 유입되는 유체의 유량을 조절할 수도 있다.

이에, 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)가 닫힌 이후 반응기(300)를 포함하여 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712) 사이에 잔존하는 배기가스를 배출시킬 수 있게 된다.

또한, 제어 장치(700)는 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)가 닫히고 유체 공급부(400)가 가동되면 엔진(100)의 부하 변동에 따라 벤팅 컨트롤 밸브(770)를 제어할 수도 있다.

구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제어 장치(700)는 엔진(100)의 부하 변동에 따라 벤팅 컨트롤 밸브(770)의 동작 속도를 제어하고, 차압 검출 장치(760)의 검출값에 따라 벤팅 컨트롤 밸브(770)의 개도율을 제어할 수 있다.

예를 들어, 엔진(100)의 부하가 급격하게 증가하면 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 압력도 빠르게 상승하므로, 이에 대응하여 제어 장치(700)는 벤팅 컨트롤 밸브(770)를 빠른 동작 속도로 조절하게 된다. 또한, 제어 장치(700)는 차압 검출 장치(760)에서 검출된 제2 차단 밸브(712)의 전후방 간의 압력 차이가 커지면 벤팅 컨트롤 밸브(770)의 개도율을 증가시켜 반응기(300) 내부의 압력이 허용 압력을 초과하여 상승하는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이, 제어 장치(700)는 엔진(100)의 부하 변동과 반응기(300)의 내부 압력을 고려하여 적절하게 벤팅 컨트롤 밸브(770)를 제어하게 된다. 그리고 반응기(300)에 잔존하는 배기가스를 배출시키기 위해서 최소한으로 요구되는 유체의 유량과 압력 이상으로 유체 공급부(400)는 유체를 공급하게 된다.

만약, 벤팅 컨트롤 밸브(770) 없이 오리피스(780)만 설치된 경우에는 배출되는 유량을 조절할 수 없으므로, 유체 공급부(400) 또는 유체 공급 밸브(740)를 통해 공급되는 유체의 유량 및 압력을 조절해야 하는데, 전술한 바와 같이 배기 유로(610)에 공급되는 유체는 최소한으로 요구되는 유량과 압력을 가져야 하므로, 유체 공급부(400)가 공급한 유체를 적절히 배출하기 위해서는 오리피스(780)가 일정 크기 이상의 구멍을 가져야 한다. 따라서 벤팅 컨트롤 밸브(770) 없이 오리피스(780)만 설치된 경우에는, 오리피스(780)가 유체 공급부(400)로부터 공급받은 유체를 일정 유량 이상으로 누설하게 되므로, 유체의 소모량이 많아지게 된다.

반면, 오리피스(780) 없이 벤팅 컨트롤 밸브(770)만 설치된 경우에는 오리피스(780)가 설치된 경우보다 유체의 소모량을 줄일 수 있으나, 벤팅 컨트롤 밸브(770)가 고착되거나 이상이 발생되어 동작하지 못하게 되면, 반응기(300)의 내부 압력이 허용 범위 이상으로 상승하게 될 우려가 있으며, 잔존하는 배기가스가 배출되지 못하여 반응기(300) 및 배관에 부식이 발생될 수도 있다.

하지만, 본 발명의 제1 실시예에서는, 오리피스(780)와 벤팅 컨트롤 밸브(770)가 병렬로 연결되므로, 제1 병렬 유로(680)에 설치된 오리피스(780)로 인해 제2 병렬 유로(670)에 설치된 벤팅 컨트롤 밸브(770)가 고착되거나 동작하지 않는 비상 상황이 발생하더라도 이에 대응할 수 있는 시간을 벌 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는, 기본적으로는 제2 병렬 유로(670)에 설치된 벤팅 컨트롤 밸브(770)를 통해 배출되는 유체의 양을 제어함으로써, 제1 병렬 유로(680)에 설치된 오리피스(780)의 구멍 크기는 크게 키울 필요가 없어 이를 최소화할 수 있게 된다. 이에, 오리피스(780)로 누설되는 유체의 소모량도 오리피스(780)와 벤팅 컨트롤 밸브(770)를 병렬로 연결하게 되면 오리피스(780)만 설치된 경우보다 크게 줄일 수 있다.

한편, 제어 장치(700)는 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)가 닫히고 유체 공급부(400)가 가동된 상태에서 벤팅 컨트롤 밸브(770)에 이상이 발생하면, 차압 검출 장치(760)의 검출값에 따라 제2 차단 밸브(712)의 개도율을 제어할 수 있다. 이는 제2 차단 밸브(712)가 스로틀 밸브와 같이 개도율을 조절할 수 있는 밸브인 경우에 가능하다.

다만, 제2 차단 밸브(712)는 벤팅 컨트롤 밸브(770)만큼 유체의 배출 유량을 정밀하게 제어하기 어려울 수 있으며, 이 경우에는 오리피스(780)를 통해 유체가 충분히 배출되지 못하여 반응기(300) 내부의 압력이 허용 압력 이상으로 상승하는 것을 억제하는 수준에서 유체를 배출시킬 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 반응기(300)와 배관에 잔존하는 배기가스에 의한 부식의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다.

구체적으로, 잔존하는 배기가스를 배출하기 위한 벤팅 컨트롤 밸브(770)의 이상 발생에 안정적으로 대비하면서도 잔존하는 배기가스를 배출하고 부식을 방지하기 위해 소모되는 유체의 소모량도 최소화할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)을 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 비상 유로(690)와 릴리프 밸브(790)를 더 포함할 수 있다.

비상 유로(690)는 제2 차단 밸브(712) 전방과 제1 차단 밸브(711) 후방 사이의 배기 유로(610)에서 분기되어 제2 차단 밸브(712) 후방의 배기 유로(610)에 합류할 수 있다.

릴리프 밸브(790)는 비상 유로(690)에 설치될 수 있다. 그리고 릴리프 밸브(790)는 비상 유로(690)가 기설정된 압력 이상이 되면 열려 비상 유로(690)를 통해 유체를 배출하고, 비상 유로(690)의 압력을 기설정된 압력 미만으로 유지하게 된다. 벤팅 컨트롤 밸브(770)에 이상이 발생되어 열리지 않고 제2 차단 밸브(712)가 개도율을 조절할 수 없는 상태라면, 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712) 사이의 배기 유로(610)와 연결된 비상 유로(690)의 압력도 상승하게 되며, 이때 릴리프 밸브(790)가 열려 비상 유로(690)의 압력 상승을 제한하면 반응기(300)의 내부 압력 상승도 제한되게 된다.

이와 같이, 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712)가 닫히고 유체 공급부(400)가 가동된 상태에서 벤팅 컨트롤 밸브(770)에 이상이 발생하면, 릴리프 밸브(790)가 제1 차단 밸브(711)와 제2 차단 밸브(712) 사이의 압력을 기설정된 압력 미만으로 유지하게 되므로, 본 발명의 제2 실시예에 따라 릴리프 밸프(790)가 설치된 경우에는 벤팅 컨트롤 밸브(770)이 이상이 발생하더라도 제2 차단 밸브(712)의 개도율을 조절할 필요가 없다. 따라서 제2 차단 밸브(712)가 스로틀 밸브일 필요도 없게 된다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)도 반응기(300)와 배관에 잔존하는 배기가스에 의한 부식의 발생을 효율적으로 억제할 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 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 엔진
101, 102: 선택적 촉매 환원 시스템
150: 과급기
151: 압축기
152: 터빈
300: 반응기
350: 촉매
400: 유체 공급부
610: 배기 유로
620: 바이패스 유로
640: 유체 공급 유로
670: 제2 병렬 유로
680: 제1 병렬 유로
690: 비상 유로
700: 제어 장치
711: 제1 차단 밸브
712: 제2 차단 밸브
720: 바이패스 밸브
740: 유체 공급 밸브
760: 차압 검출 장치
770: 벤팅 컨트롤 밸브
780: 오리피스
790: 릴리프 밸브

Claims

질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로;
상기 배기 유로 상에 설치되며 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기;
상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 설치된 제1 차단 밸브;
상기 제1 차단 밸브와 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로로 유체를 공급하기 위한 유체 공급부;
상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에 설치된 제2 차단 밸브;
상기 제2 차단 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 제1 병렬 유로;
상기 제1 병렬 유로 상에 설치된 오리피스;
상기 제1 병렬 유로와 병렬로 상기 배기 유로에 연결된 제2 병렬 유로;
상기 제2 병렬 유로 상에 설치된 벤팅 컨트롤 밸브(venting control valve);
상기 제2 차단 밸브의 전후방 간의 압력 차이를 검출하는 차압 검출 장치; 및
상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동되면, 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브를 제어하는 제어 장치
를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 선택적 촉매 환원 시스템은 선박에 설치되어 선박의 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키고,
상기 제어 장치는 선박이 배기가스 배출 비규제지역에 진입하거나 운항을 중단하면 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브를 닫는 선택적 촉매 환원 시스템.
제2항에 있어서,
상기 반응기를 거친 배기가스의 압력에 의해 과급기의 터빈이 회전하도록 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로가 과급기의 터빈과 연결된 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 차압 검출 장치에서 검출된 상기 제2 차단 밸브의 전후방 간의 압력 차이가 커지면 상기 벤팅 컨트롤 밸브의 개도율을 증가시키는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배기 유로는 엔진과 연결되어 엔진에서 배출된 배기가스를 이동시키며,
상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브를 제어하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브의 동작 속도를 제어하고, 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 벤팅 컨트롤 밸브의 개도율을 제어하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유체 공급부와 상기 배기 유로를 연결하는 유체 공급 유로와;
상기 유체 공급 유로 상에 설치된 유체 공급 밸브
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 차단 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 바이패스 유로; 및
상기 바이패스 유로에 설치된 바이패스 밸브
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 차단 밸브는 스로틀 밸브(throttle valve)인 선택적 촉매 환원 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동된 상태에서 상기 벤팅 컨트롤 밸브에 이상이 발생하면, 상기 제어 장치는 상기 차압 검출 장치의 검출값에 따라 상기 제2 차단 밸브의 개도율을 제어하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 차단 밸브 전방과 상기 제1 차단 밸브 후방 사이의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 제2 차단 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 비상 유로; 및
상기 비상 유로에 설치된 릴리프 밸브
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제11항에 있어서,
상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브가 닫히고 상기 유체 공급부가 가동된 상태에서 상기 벤팅 컨트롤 밸브에 이상이 발생하면, 상기 릴리프 밸브가 상기 제1 차단 밸브와 상기 제2 차단 밸브 사이의 압력을 기설정된 압력 이하로 유지하는 선택적 촉매 환원 시스템.