KR102605049B1 - 요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법 - Google Patents

요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 요소수 공급시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 요소수 공급시스템은, 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 요소수생성탱크와, 요소수생성탱크로부터 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수공급관과, 요소수공급관 상에 서로 병렬로 연결되어 요소수생성탱크로부터 공급되는 요소수를 저장하는 제1 수용탱크와 제2 수용탱크, 및 제1 수용탱크와 제2 수용탱크 중 적어도 하나와 요소수생성탱크를 연결하여 요소수를 요소수생성탱크로 순환시키는 요소수순환관을 포함할 수 있다.

Description

요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법{Urea supply system and urea supply method}
본 발명은 요소수 공급시스템 및 공급방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선택적촉매환원반응기에 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있는 요소수 공급시스템 및 공급방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 화석 연료의 연소 과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 이에 따라, 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)의 설치가 필수적이다.
선택적촉매환원반응기는 환원제와 섞인 배기가스를 반응기 내부에 설치된 촉매층에 통과시켜 질소산화물을 질소와 물로 환원시키는데, 환원제로써 기상의 암모니아가 사용된다. 기상의 암모니아는 폭발 위험성과 부식성이 높아 저장과 사용이 어려운 문제가 있으며, 이로 인해, 종래에는 암모니아를 생성할 수 있는 요소수를 탱크에 보관하고, 필요 시 선택적촉매환원반응기에서 요소수를 열분해하여 기상의 암모니아로 변환시켜 사용하였다. 그러나, 요소수는 저장 시 0~35℃의 온도 조건을 유지해야 하고, 온도 조건을 유지하더라도 장시간 경과 시 성층화로 인해 균일도가 변하여 성능이 저하되므로, 온도 유지를 위한 냉각기(chiller)의 구동 및 주기적인 벙커링(bunkering)으로 인해 많은 비용이 소요되는 문제가 있었다. 따라서, 최근에는 필요 시 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 제조하는 시스템이 도입되었으나, 요소수 제조 시스템 자체에 문제가 생길 경우 요소수를 생성 및 공급할 수 없는 문제가 있었다.
이에, 선택적촉매환원반응기에 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있는 요소수 공급시스템 및 공급방법이 필요하게 되었다.
대한민국 공개특허 제10-2019-0086743호 (2019.07.23.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선택적촉매환원반응기에 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있는 요소수 공급시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 선택적촉매환원반응기에 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있는 요소수 공급방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 요소수 공급시스템은, 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 요소수생성탱크와, 상기 요소수생성탱크로부터 상기 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수공급관과, 상기 요소수공급관 상에 서로 병렬로 연결되어 상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 저장하는 제1 수용탱크와 제2 수용탱크, 및 상기 제1 수용탱크와 상기 제2 수용탱크 중 적어도 하나와 상기 요소수생성탱크를 연결하여 상기 요소수를 상기 요소수생성탱크로 순환시키는 요소수순환관을 포함한다.
상기 제1 수용탱크는 상시 일정 수위 이상의 상기 요소수가 채워져 저장되고, 상기 제2 수용탱크는 상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 일시 저장 후 상기 선택적촉매환원반응기로 공급할 수 있다.
상기 요소수순환관은, 상기 제1 수용탱크와 상기 요소수생성탱크 사이를 연결하며, 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나면 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수를 상기 요소수생성탱크로 순환시킬 수 있다.
상기 요소수생성탱크에서 상기 기준농도로 맞춰진 상기 요소수는, 상기 제2 수용탱크를 경유하여 상기 선택적촉매환원반응기로 공급될 수 있다.
상기 제1 수용탱크와 상기 제2 수용탱크는 하나의 수용탱크 내부가 구획되어 이루어질 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 요소수 공급방법은, 요소수생성탱크에 공급된 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 (A) 단계와, 상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 제1 수용탱크에 일정 수위 이상 채우는 (B) 단계와, 상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 제2 수용탱크에 일시 저장하는 (C) 단계, 및 상기 제2 수용탱크에 채워진 상기 요소수를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 (D) 단계를 포함한다.
상기 요소수생성탱크가 정상 운용될 때, 상기 (C) 단계를 수행하고, 상기 요소수생성탱크가 비정상 운용될 때, 상기 제1 수용탱크에 채워진 상기 요소수를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 (D') 단계를 수행할 수 있다.
상기 (D') 단계는, 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수의 농도를 측정하여, 상기 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나면 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수를 상기 요소수생성탱크로 순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 요소수생성탱크의 정상 운용이 가능한 경우, 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기로 공급하고, 요소수생성탱크의 정상 운용이 가능하지 않은 경우, 제1 수용탱크에 저장된 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급하므로, 요소수생성탱크의 운용 상태에 관계없이 항상 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급할 수 있다. 특히, 장시간 저장으로 인해 요소수의 농도가 변한 경우, 요소수를 요소수생성탱크로 순환시켜 농도를 조절한 후 공급할 수 있으므로, 장시간 저장에 따른 요소수의 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 이로 인해, 별도의 냉각기(chiller)를 구동하지 않고도 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있음은 물론 제1 수용탱크의 크기를 키워 저장공간을 늘리더라도 벙커링 횟수를 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있다.
또한, 하나의 수용탱크 내부를 구획하여 제1 수용탱크와 제2 수용탱크를 형성하므로, 선내 공간 활용도를 증대시킴과 동시에 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 공급시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 요소수 공급방법의 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 요소수 공급시스템의 동작, 및 요소수 공급방법을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법은, 요소수생성탱크의 정상 운용이 가능한 경우, 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기로 공급하고, 요소수생성탱크의 정상 운용이 가능하지 않은 경우, 제1 수용탱크에 저장된 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급하므로, 요소수생성탱크의 운용 상태에 관계없이 항상 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급할 수 있다. 특히, 장시간 저장으로 인해 요소수의 농도가 변한 경우, 요소수를 요소수생성탱크로 순환시켜 농도를 조절한 후 공급할 수 있으므로, 장시간 저장에 따른 요소수의 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 이로 인해, 별도의 냉각기(chiller)를 구동하지 않고도 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있음은 물론 제1 수용탱크의 크기를 키워 저장공간을 늘리더라도 벙커링 횟수를 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있다. 또한, 하나의 수용탱크 내부를 구획하여 제1 수용탱크와 제2 수용탱크를 형성하므로, 선내 공간 활용도를 증대시킴과 동시에 비용을 절감할 수 있는 특징이 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 공급시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 요소수 공급방법의 순서도이다.
본 발명에 따른 요소수 공급시스템(1)은 요소수생성탱크(10)와, 요소수공급관(20)과, 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b), 및 요소수순환관(40)을 포함한다.
요소수생성탱크(10)는 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 것으로, 요소를 공급하는 요소공급탱크(11)와, 청수를 공급하는 청수공급관(12)이 각각 연결될 수 있다. 요소공급탱크(11)는 내부에 화학식이 CH4N2O이고 무색무취의 결정성 물질인 고체 상태의 요소를 저장하며, 요소는 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태일 수 있다. 예를 들어, 고체 상태의 요소는 일정한 크기의 분말 또는 알갱이 또는 펠렛 형태일 수도 있고, 서로 다른 크기의 분말 또는 알갱이 또는 펠렛 형태일 수도 있으며, 서로 다른 크기의 분말, 알갱이, 펠렛이 혼합된 형태일 수도 있다. 요소공급탱크(11)에 고체 상태의 요소가 저장됨으로써, 요소수 상태로 보관하는 경우보다 선내 공간 활용도가 증대됨은 물론, 요소수의 변질을 방지할 수 있어 선택적촉매환원반응기(SCR)의 질소산화물 저감 효율이 증대될 수 있다. 청수공급관(12)은 일 측이 조수기모듈(도시되지 않음) 또는 청수저장탱크(도시되지 않음)에 연결되고 타 측이 요소수생성탱크(10)에 연결되어 청수를 공급할 수 있다. 이 때, 청수공급관(12)을 통해 공급되는 청수는 연소기관(EG)의 폐열에 의해 가열된 것일 수 있다. 요소수생성탱크(10) 내부에 적정량의 요소와 청수가 공급되면, 요소수생성탱크(10) 내부에 회전 가능하게 설치된 교반기(도면부호 미도시)가 동작하여 요소와 청수를 혼합하며, 이로 인해, 기준농도의 요소수가 생성될 수 있다. 도면 상에는 요소공급탱크(11)와 청수공급관(12)이 각각 요소수생성탱크(10)의 상단에 연결되고, 교반기의 구동모터가 요소수생성탱크(10) 외측으로 노출된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 요소공급탱크(11)와 청수공급관(12), 및 교반기의 배치 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 요소수생성탱크(10)는 고체 상태의 요소가 청수에 용해되어 생성된 요소수의 열이 외부로 방출되어 어는점 이하의 저온에서 요소수가 동결되는 것을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 합성수지 등으로 제작될 수 있으며, 단열 효과의 증대를 위해 단열재가 추가로 설치될 수 있다. 단열재로는 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리스틸렌, 중공 형태의 실리카겔 등이 사용될 수 있다. 요소수생성탱크(10)는 일 측에 요소수공급관(20)이 연결된다.
요소수공급관(20)은 요소수생성탱크(10)로부터 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급하는 관으로, 일단이 요소수생성탱크(10)의 하단에 연결되고 타단이 선택적촉매환원반응기(SCR)에 연결될 수 있다. 선택적촉매환원반응기(SCR)는 연소기관(EG)에서 생성되어 배기관(EP)을 통해 공급되는 배기가스에 요소수공급관(20)으로부터 공급받은 요소수를 분사하며, 이로 인해, 요소수가 배기가스의 열에 의해 열분해되어 암모니아로 전환될 수 있다. 전환된 암모니아는 배기가스와 함께 반응기 내부에 설치된 촉매층을 통과하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 질소와 물로 환원시키고, 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(EP)을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다.
요소수공급관(20) 상에는 요소수생성탱크(10)로부터 공급되는 요소수를 저장하는 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)가 서로 병렬로 연결되고, 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b) 중 적어도 하나는 후술할 요소수순환관(40)을 통해 요소수생성탱크(10)에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 요소수공급관(20)은, 제1 수용탱크(30a)를 경유하여 선택적촉매환원반응기(SCR)에 연결되는 제1 요소수공급관(20a)과, 제2 수용탱크(30b)를 경유하여 선택적촉매환원반응기(SCR)에 연결되는 제2 요소수공급관(20b)을 포함할 수 있다. 제2 요소수공급관(20b)은 제1 요소수공급관(20a)으로부터 분기되어 제2 수용탱크(30b)를 경유하며, 제2 수용탱크(30b) 후단에서 다시 제1 요소수공급관(20a)에 합류될 수 있다. 제2 요소수공급관(20b)의 분기 지점, 및 합류 지점에는 각각 제1 제어밸브(21), 제2 제어밸브(22)가 설치되어 요소수의 유동을 제어할 수 있다. 그러나, 제2 요소수공급관(20b)이 제1 요소수공급관(20a)으로부터 분기되어 제2 수용탱크(30b) 후단에서 다시 제1 요소수공급관(20a)에 합류되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 제2 요소수공급관(20b)은 요소수생성탱크(10)와 선택적촉매환원반응기(SCR)에 직접 연결될 수도 있다.
제1 수용탱크(30a)는 상시 일정 수위 이상의 요소수가 채워져 저장되고, 제2 수용탱크(30b)는 요소수생성탱크(10)로부터 공급되는 요소수를 일시 저장 후 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 요소수생성탱크(10)가 정상적으로 운용되어 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 요소수를 즉각 생성할 수 있는 경우, 요소수생성탱크(10)에서 생성된 요소수를 제2 수용탱크(30b)에 일시 저장 후 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있다. 반대로, 요소 또는 청수의 공급이 원활하지 않거나 교반기의 구동이 원활하지 않거나 요소의 용해에 필요한 열원의 공급이 원활하지 않는 등의 이유로 요소수생성탱크(10)가 비정상적으로 운용되어 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 요소수를 즉각 생성할 수 없는 경우, 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있다. 이를 위해, 요소수생성탱크(10)가 정상적으로 운용될 때, 생성된 요소수를 제1 수용탱크(30a)에 미리 저장할 수 있다. 제1 수용탱크(30a)에 상시 일정 수위 이상의 요소수를 저장하여 요소수생성탱크(10)의 비정상 운용 시 활용함으로써, 요소수생성탱크(10)의 운용 상태에 관계없이 항상 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있어 시스템이 안정적으로 구동될 수 있다. 이러한 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)는 하나의 수용탱크 내부가 구획되어 이루어질 수 있다. 하나의 수용탱크를 구획하여 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)를 형성함으로써, 선내 공간 활용도를 증대시킴과 동시에 비용을 절감할 수 있다. 도면 상에는 하나의 수용탱크 내부에 격벽(도면부호 미도시)이 설치되어 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)가 구획된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 하나의 수용탱크 내부에 별도의 수용탱크가 설치되어 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)가 구획될 수도 있다.
요소수순환관(40)은 제1 수용탱크(30a)와 요소수생성탱크(10)를 사이를 연결하며, 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나면 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수를 요소수생성탱크(10)로 순환시킬 수 있다. 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수는 요소수생성탱크(10)의 비정상 운용 시 활용되므로, 장시간 보관되면서 청수가 증발되거나 요소가 침전되는 등의 이유로 농도가 바뀔 수 있다. 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나면, 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급되었을 때 질소산화물 저감 효율이 낮아져 국제해사기구의 배출규제를 만족시킬 수 없는 문제가 있다. 따라서, 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급하는 경우, 먼저 농도를 측정하며, 측정된 농도에 대응하여 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급하거나 요소수생성탱크(10)로 순환시킬 수 있다. 요소의 농도 측정을 위해, 제1 수용탱크(30a)와, 제1 수용탱크(30a) 후단의 제1 요소수공급관(20a) 중 적어도 하나에는 농도센서(23)가 설치될 수 있으며, 요소수순환관(40)은 제1 요소수공급관(20a)에서 분기될 수 있다. 요소수순환관(40)의 분기지점에는 제3 제어밸브(24)가 설치되어 요소수의 유동을 제어할 수 있다. 그러나, 요소수순환관(40)이 제1 요소수공급관(20a)에서 분기되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 요소수순환관(40)은 제1 수용탱크(30a)에 직접 연결될 수도 있다.
요소수순환관(40)을 통해 요소수생성탱크(10)로 순환된 요소수는 청수 또는 요소가 추가로 공급되어 기준농도로 다시 맞춰진 후, 제2 요소수공급관(20b)을 통해 제2 수용탱크(30b)를 경유하여 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 수 있다. 요소수생성탱크(10)에는 농도센서(도시되지 않음)가 설치되어 있으므로, 요소수가 기준농도로 맞춰질 때까지 청수 또는 요소를 공급할 수 있다. 이처럼, 요소수의 농도를 조절 가능함으로써, 장시간 저장에 따른 요소수의 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 이로 인해, 별도의 냉각기(chiller)를 구동하지 않고도 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있다. 또한, 제1 수용탱크(30a)의 크기를 키워 저장공간을 늘리더라도 벙커링 횟수를 줄일 수 있으므로, 장치를 경제적으로 운용할 수 있다.
한편, 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수의 농도가 기준농도 보다 감소한 상태에서 요소수생성탱크(10)에서 요소의 투입이 가능하지 않은 경우, 선택적촉매환원반응기(SCR)의 동작을 중단하고 항구로 이동하여 임시 요소수를 공급받을 수도 있다.
본 발명에 따른 요소수 공급방법은, 요소수생성탱크(10)에 공급된 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 (A) 단계와, 요소수생성탱크(10)로부터 공급되는 요소수를 제1 수용탱크(30a)에 일정 수위 이상 채우는 (B) 단계와, 요소수생성탱크(10)로부터 공급되는 요소수를 제2 수용탱크(30b)에 일시 저장하는 (C) 단계, 및 제2 수용탱크(30b)에 채워진 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급하는 (D) 단계를 포함한다.
요소수생성탱크(10)에 고체 상태의 요소와 청수가 공급되면, 이를 혼합하여 요소수를 생성한다((A) 단계). 생성된 요소수는 제1 요소수공급관(20a)을 통해 제1 수용탱크(30a)에 채워지며, 제1 수용탱크(30a)에 일정 수위 이상으로 요소수가 채워지면((B) 단계), 제1 요소수공급관(20a)을 폐쇄하고 요소수생성탱크(10)의 운용 상태를 확인한다.
요소수생성탱크(10)가 정상적으로 운용되어 요소수를 즉각 생성할 수 있는 경우, 요소수생성탱크(10)에서 생성된 요소수를 제2 수용탱크(30b)에 일시 저장하며((C) 단계), 제2 수용탱크(30b)에 채워진 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있다((D) 단계). 만약, 요소 또는 청수의 공급이 원활하지 않거나 교반기의 구동이 원활하지 않거나 요소의 용해에 필요한 열원의 공급이 원활하지 않는 등의 이유로 요소수생성탱크(10)가 비정상적으로 운용되어 요소수를 즉각 생성할 수 없는 경우, 제1 수용탱크(30a)에 채워진 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있다((D') 단계). 이 때, 농도센서(23)는 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수, 또는 제1 요소수공급관(20a)을 통해 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급되는 요소수의 농도를 측정할 수 있다. 측정된 요소수의 농도가 기준농도인 경우, 요소수순환관(40)을 폐쇄하고 제1 요소수공급관(20a)을 개방하여 선택적촉매환원반응기(SCR)로 요소수를 공급할 수 있다. 만약, 측정된 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나는 경우, 요소수순환관(40)을 개방하고 제1 요소수공급관(20a)을 폐쇄하여 요소수생성탱크(10)로 요소수를 순환시킬 수 있다. 요소수생성탱크(10)로 순환된 요소수는 청수 또는 요소가 추가로 공급되어 기준농도로 다시 맞춰진 후, 제2 요소수공급관(20b)을 통해 제2 수용탱크(30b)를 경유하여 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 요소수 공급시스템의 동작, 및 요소수 공급방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 5는 요소수 공급시스템의 동작, 및 요소수 공급방법을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명에 따른 요소수 공급시스템 및 요소수 공급방법은, 요소수생성탱크(10)의 정상 운용이 가능한 경우, 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급하고, 요소수생성탱크(10)의 정상 운용이 가능하지 않은 경우, 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급하므로, 요소수생성탱크(10)의 운용 상태에 관계없이 항상 요소수를 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급할 수 있다. 특히, 장시간 저장으로 인해 요소수의 농도가 변한 경우, 요소수를 요소수생성탱크(10)로 순환시켜 농도를 조절한 후 공급할 수 있으므로, 장시간 저장에 따른 요소수의 품질 저하 문제를 해소할 수 있으며, 이로 인해, 별도의 냉각기(chiller)를 구동하지 않고도 항상 균일한 농도의 요소수를 공급할 수 있음은 물론 제1 수용탱크(30a)의 크기를 키워 저장공간을 늘리더라도 벙커링 횟수를 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있다. 또한, 하나의 수용탱크 내부를 구획하여 제1 수용탱크(30a)와 제2 수용탱크(30b)를 형성하므로, 선내 공간 활용도를 증대시킴과 동시에 비용을 절감할 수 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 요소공급탱크(11)와 청수공급관(12)으로부터 각각 요소와 청수의 공급이 원활하고, 교반기의 구동 및 열원의 공급도 원활하여 요소수생성탱크(10)가 정상적으로 운용되되 선택적촉매환원반응기(SCR)가 동작하지 않는 경우, 생성된 요소수는 제1 요소수공급관(20a)을 통해 제1 수용탱크(30a)에 채워질 수 있다. 이 때, 제2 요소수공급관(20b)은 폐쇄되며, 제1 수용탱크(30a)에 일정 수위 이상의 요소수가 채워질 때까지 제1 요소수공급관(20a)은 개방된 상태로 유지될 수 있다.
제1 수용탱크(30a)에 일정 수위 이상의 요소수가 채워지면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 요소수공급관(20a)을 폐쇄하고, 요소수생성탱크(10)의 운용 상태와 선택적촉매환원반응기(SCR)의 동작 여부를 확인한다. 요소공급탱크(11)와 청수공급관(12)으로부터 각각 요소와 청수의 공급이 원활하고, 교반기의 구동 및 열원의 공급도 원활하여 요소수생성탱크(10)가 정상적으로 운용되되 선택적촉매환원반응기(SCR)가 동작하는 경우, 생성된 요소수는 제2 요소수공급관(20b)을 통해 제2 수용탱크(30b)에 일시 저장된 후 제2 요소수공급관(20b), 및 제1 요소수공급관(20a)을 통해 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 수 있다. 선택적촉매환원반응기(SCR)는 연소기관(EG)에서 생성되어 배기관(EP)을 통해 공급되는 배기가스에 제1 요소수공급관(20a)으로부터 공급받은 요소수를 분사하며, 이로 인해, 요소수가 배기가스의 열에 의해 열분해되어 암모니아로 전환될 수 있다. 전환된 암모니아는 배기가스와 함께 반응기 내부에 설치된 촉매층을 통과하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 질소와 물로 환원시키고, 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(EP)을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다.
만약, 요소 또는 청수의 공급이 원활하지 않거나 교반기의 구동이 원활하지 않거나 요소의 용해에 필요한 열원의 공급이 원활하지 않는 등의 이유로 요소수생성탱크(10)가 비정상적으로 운용되되 선택적촉매환원반응기(SCR)가 동작하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수가 제1 요소수공급관(20a)을 통해 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 수 있다. 이 때, 농도센서(23)는 요소수의 농도를 측정하며, 측정된 농도가 기준농도를 벗어난 경우, 요소수순환관(40)이 개방될 수 있다. 요소수순환관(40)을 통해 요소수생성탱크(10)로 순환된 요소수는, 청수 또는 요소가 추가로 공급되어 기준농도로 다시 맞춰진 후 제2 요소수공급관(20b)을 통해 제2 수용탱크(30b)를 경유하여 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 수 있다.
한편, 농도센서(23)에서 측정된 요소수의 농도가 기준농도인 경우, 요소수순환관(40)은 폐쇄된 상태로 유지되고 제1 요소수공급관(20a)이 개방된 상태로 유지되어 제1 수용탱크(30a)에 저장된 요소수는 제1 요소수공급관(20a)을 통해 선택적촉매환원반응기(SCR)로 공급될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 요소수 공급시스템
10: 요소수생성탱크 11: 요소공급탱크
12: 청수공급관 20: 요소수공급관
20a: 제1 요소수공급관 20b: 제2 요소수공급관
30a: 제1 수용탱크 30b: 제2 수용탱크
40: 요소수순환관
EG: 연소기관
EP: 배기관
SCR: 선택적촉매환원반응기

Claims (8)

  1. 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 요소수생성탱크;
    상기 요소수생성탱크로부터 상기 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수공급관;
    상기 요소수공급관 상에 서로 병렬로 연결되어 상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 저장하는 제1 수용탱크와 제2 수용탱크, 및
    상기 제1 수용탱크와 상기 제2 수용탱크 중 적어도 하나와 상기 요소수생성탱크를 연결하여 상기 요소수를 상기 요소수생성탱크로 순환시키는 요소수순환관을 포함하는 요소수 공급시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수용탱크는 상시 일정 수위 이상의 상기 요소수가 채워져 저장되고,
    상기 제2 수용탱크는 상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 일시 저장 후 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수 공급시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 요소수순환관은, 상기 제1 수용탱크와 상기 요소수생성탱크 사이를 연결하며, 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나면 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수를 상기 요소수생성탱크로 순환시키는 요소수 공급시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 요소수생성탱크에서 상기 기준농도로 맞춰진 상기 요소수는, 상기 제2 수용탱크를 경유하여 상기 선택적촉매환원반응기로 공급되는 요소수 공급시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 수용탱크와 상기 제2 수용탱크는 하나의 수용탱크 내부가 구획되어 이루어진 요소수 공급시스템.
  6. 요소수생성탱크에 공급된 고체 상태의 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하는 (A) 단계;
    상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 제1 수용탱크에 일정 수위 이상 채우는 (B) 단계;
    상기 요소수생성탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 상기 제1 수용탱크와 병렬로 연결된 제2 수용탱크에 일시 저장하는 (C) 단계, 및
    상기 제2 수용탱크에 채워진 상기 요소수를 선택적촉매환원반응기로 공급하는 (D) 단계를 포함하되,
    상기 요소수생성탱크가 정상 운용될 때, 상기 (C) 단계를 수행하고,
    상기 요소수생성탱크가 비정상 운용될 때, 상기 제1 수용탱크에 채워진 상기 요소수를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 (D') 단계를 수행하며,
    상기 (D') 단계는,
    상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수의 농도를 측정하여, 상기 요소수의 농도가 기준농도를 벗어나면 상기 제1 수용탱크에 저장된 상기 요소수를 상기 요소수생성탱크로 순환시키는 단계를 포함하고,
    상기 요소수생성탱크에서 상기 기준농도로 맞춰진 상기 요소수는 상기 제2 수용탱크를 경유하여 상기 선택적촉매환원반응기로 공급되는 요소수 공급방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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