KR102671339B1 - 암모니아 공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체 상태의 요소수를 기화시켜 생성된 기체 상태의 암모니아를 암모니아 요구 장비로 공급할 수 있는 암모니아 공급 장치에 관한 것으로서, 요소수를 저장하는 요소수 저장탱크와, 상기 요소수 저장탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 가열하여, 암모니아(NH3) 가스를 생성하는 열교환 가열 유닛과, 상기 요소수 저장탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 열교환 가열 유닛으로 공급될 수 있도록, 상기 요소수 저장탱크와 상기 열교환 가열 유닛 사이를 연결하는 요소수 공급 모듈과, 상기 열교환 가열 유닛에서 생성된 상기 암모니아 가스가 암모니아 요구 장비로 주입될 수 있도록, 상기 열교환 가열 유닛과 상기 암모니아 요구 장비 사이를 연결하는 암모니아 주입 모듈 및 상기 열교환 가열 유닛을 통과하는 과정에서 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 잔류하는 상기 요소수를 재순환시킬 수 있도록, 상기 열교환 가열 유닛의 출구부 인근과 상기 요소수 공급 모듈 사이를 연결하는 재순환 모듈을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 암모니아 공급 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 액체 상태의 요소수를 기화시켜 생성된 기체 상태의 암모니아를 암모니아 요구 장비로 공급할 수 있는 암모니아 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 차량, 선박과 같은 운송수단의 동력원으로서 현재까지는 화석 연료를 사용하는 엔진이 가장 널리 사용되고 있다. 화석 연료란 디젤유, 휘발유 등과 같이 석유를 기반으로 한 연료를 가리키며, 선박의 엔진에서는 이러한 화석 연료를 연소시킴으로써 발생되는 에너지로부터 선박을 구동하는 동력을 발생시킨다.
이때, 화석 연료의 연소 시 NO, NO2 등과 같은 질소산화물(통칭 NOx)이나 입자상물질(Particulate Matters, PM) 등이 발생할 수 있는데, 질소산화물의 경우 산성비나 광화학적 스모그 등과 같은 많은 환경 문제의 원인이 되며, 입자상물질의 경우에도 역시 호흡기질환 유발 등의 여러 문제의 원인이 된다는 점이 잘 알려져 있다. 이에 따라 일반적으로 선박에는 연소 후 발생되는 배기가스를 배출하기 전 질소산화물, 입자상물질 등과 같은 유해물질을 정화하는 장치가 필수적으로 구비된다.
선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 장치는, 이러한 배기 정화 장치 중 특히 질소산화물을 정화하는 장치이다. 일반적으로 배기가스에 암모니아(NH3)를 반응시킴으로써 질소산화물을 용이하게 환원 정화하는 것이 가능하다는 점이 잘 알려져 있으며, 따라서 공장 등과 같은 산업 시설의 배기 정화 장치에서는 환원제로서 암모니아를 직접 사용할 수 있다.
그러나, 암모니아 그 자체도 독성 및 악취가 있는 물질이기 때문에, 선박의 경우 암모니아를 직접 적재할 경우 암모니아의 누출로 인하여 선박에 탑승한 사람의 건강상의 문제 또는 악취로 인한 불편감을 유발할 위험이 있다.
이에 따라, 선박에 구비되는 선택적 환원촉매 장치에는 통상적으로 독성이 없는 요소수가 공급되며, 배기가스의 열기에 의해 요소수가 분해되어 암모니아를 발생시키게 함으로써, 질소산화물의 환원 작용이 일어날 수 있게 한다.
즉, 선택적 환원촉매 장치는, SCR 촉매의 전방에 요소수를 미세 분사하도록 요소수 분사부를 구비하고, 질소산화물 센서와 요소수 분사 제어장치를 더 구비하여, 배기관의 내부에 요소수를 분사한다. 분사된 요소수는 배기관 내에서 디젤 엔진의 배기가스의 열기에 의하여 암모니아로 열분해될 수 있다. 이와 같이 생성된 암모니아는 배기관의 후단에 장착된 SCR 촉매에서 배기가스에 포함된 질소산화물과 반응하여, 물과 질소를 생성한다.
그러나, 이러한 종래의 선택적 환원촉매 장치는, 배기가스의 온도가 낮은 경우, 요소수에서 암모니아로의 전환효율이 저하되고, 이로 인한 미반응물의 고형화 및 촉매의 부식이 쉽게 일어나는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 엔진으로부터 발생되는 배기가스의 폐열로 요소수를 분해하여 생성된 암모니아를 선택적 환원촉매 장치로 공급함으로써, 엔진의 부하에 따라 용량에 맞는 암모니아를 적절히 공급하여 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있는 암모니아 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 암모니아 공급 장치가 제공된다. 상기 암모니아 공급 장치는, 요소수를 저장하는 요소수 저장탱크; 상기 요소수 저장탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 가열하여, 암모니아(NH3) 가스를 생성하는 열교환 가열 유닛; 상기 요소수 저장탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 열교환 가열 유닛으로 공급될 수 있도록, 상기 요소수 저장탱크와 상기 열교환 가열 유닛 사이를 연결하는 요소수 공급 모듈; 상기 열교환 가열 유닛에서 생성된 상기 암모니아 가스가 암모니아 요구 장비로 주입될 수 있도록, 상기 열교환 가열 유닛과 상기 암모니아 요구 장비 사이를 연결하는 암모니아 주입 모듈; 및 상기 열교환 가열 유닛을 통과하는 과정에서 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 잔류하는 상기 요소수를 재순환시킬 수 있도록, 상기 열교환 가열 유닛의 출구부 인근과 상기 요소수 공급 모듈 사이를 연결하는 재순환 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열교환 가열 유닛은, 열원기기에서 가열된 열매체가 유입되어 순환 후, 다시 상기 열원기기로 배출될 수 있는 열교환 공간이 형성되는 열교환 탱크; “U”자 형상으로 절곡된 배관이 상기 열교환 탱크의 하측으로부터 상측으로 지그재그 형식으로 적층되도록 형성되고, 하측의 입구부가 상기 요소수 공급 모듈에 연결되고, 상측의 상기 출구부가 상기 암모니아 주입 모듈에 연결되어, 배관 내부를 통과하는 상기 요소수를 가열하여 상기 암모니아 가스로 기화시키는 열교환 튜브; 및 상기 열교환 튜브의 상기 출구부에 설치되어, 기체로 기화된 상기 암모니아 가스와 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 액체 상태로 잔류하는 상기 요소수를 분리하는 기액 분리부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기액 분리부는, 상기 열교환 튜브의 상기 출구부에서, 상기 암모니아 주입 모듈과 상기 열교환 튜브를 수직 방향으로 연결하는 수직 헤더; 및 상기 열교환 튜브의 상기 출구부에서, 상기 재순환 모듈과 상기 열교환 튜브를 상기 수직 헤더와 수직한 수평 방향으로 연결하는 수평 헤더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 재순환 모듈은, 상기 열교환 탱크에서 상기 수평 헤더와 수직하게 연결될 수 있도록, 상기 열교환 탱크의 상기 열교환 공간에서 상기 수직 방향으로 연장되게 형성되는 수직 배관; 상기 수직 배관의 하단과 상기 요소수 공급 모듈을 연결하는 연결 배관; 상기 수직 배관의 상단에 설치되어, 상기 수직 배관으로 회수되는 상기 요소수의 수위(Level)을 감지하는 레벨 메타; 및 상기 연결 배관을 폐쇄 또는 개방할 수 있도록 상기 연결 배관에 설치되고, 상기 레벨 메타로 감지되는 상기 수직 배관의 상기 요소수의 수위가 소정의 수위 이상으로 감지되면, 상기 요소수를 재순환시킬 수 있도록 상기 연결 배관을 개방시키는 수위 조절 밸브;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 요소수 공급 모듈은, 상기 요소수 저장탱크와 상기 열교환 가열 유닛의 상기 열교환 튜브를 연결하는 요소수 공급 배관; 상기 요소수 공급 배관에 설치되어, 상기 열교환 튜브로 공급되는 상기 요소수의 유량을 제어하는 제 1 조절 밸브; 및 상기 제 1 조절 밸브와 상기 요소수 저장탱크 사이에 위치할 수 있도록 상기 요소수 공급 배관에 설치되어, 상기 열교환 튜브로 공급되는 상기 요소수의 압력을 생성하는 요소수 주입펌프;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 재순환 모듈의 상기 연결 배관은, 상기 요소수 주입펌프와 상기 요소수 저장탱크의 사이에서 상기 요소수 공급 배관에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 암모니아 주입 모듈은, 상기 기액 분리부의 상기 수직 헤더와 상기 암모니아 요구 장비 사이를 연결하는 암모니아 주입 배관; 상기 암모니아 주입 배관에 설치되어, 상기 암모니아 요구 장비로 공급되는 상기 암모니아 가스의 유량을 제어하는 제 2 조절 밸브; 상기 수직 헤더와 상기 제 2 조절 밸브의 사이에서 상기 암모니아 주입 배관에 연결되어, 상기 암모니아 주입 배관으로 공급되는 상기 암모니아 가스의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하는 것을 방지하는 과압 방지부; 상기 과압 방지부와 상기 제 2 조절 밸브의 사이에서 상기 암모니아 주입 배관에 연결되어, 상기 열교환 튜브의 배관 내부를 세정할 수 있도록 세정액을 주입하는 세정부; 및 상기 세정부와 상기 제 2 조절 밸브의 사이에서 상기 암모니아 주입 배관에 연결되어, 상기 열교환 튜브의 배관 내부의 요소를 회수할 수 있도록 압축공기를 주입하는 회수부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 과압 방지부는, 상기 암모니아 가스의 압력이 상기 소정의 압력 이상으로 상승 시, 내부에 수용된 흡수 용액으로 상기 암모니아 주입 배관으로부터 배출되는 상기 암모니아 가스를 흡수하는 흡수조; 및 상기 흡수조와 상기 암모니아 주입 배관 사이에 설치되어, 상기 흡수조로 흡수되는 상기 암모니아 가스의 압력이 상기 소정의 압력 이상의 위험 압력으로 상승하면 상기 암모니아 가스를 외부로 배출하는 안전 밸브;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 요소수 공급 모듈은, 상기 열교환 튜브와 상기 제 1 조절 밸브의 사이에서 상기 요소수 공급 배관에 연결되어, 상기 세정부로부터 주입되는 상기 세정액 또는 상기 회수부로부터 주입되는 상기 압축공기를 배출하는 드레인부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 암모니아 주입 배관은, 상기 제 2 조절 밸브와 상기 암모니아 요구 장비 사이의 구간 중 적어도 일부 구간이, 암모니아 주입 라인을 감싸는 형태로 단열 공간을 형성하는 이중관으로 형성되고, 상기 암모니아 주입 모듈은, 상기 이중관의 상기 암모니아 주입 라인 또는 상기 단열 공간으로 퍼징 기체를 공급하는 퍼징 라인; 및 외부의 송풍기(Blower) 또는 엔진과, 상기 단열 공간 사이를 연결하여, 상기 단열 공간 내부를 환기하거나 상기 단열 공간으로 배기 가스를 유입시키는 블로워 라인;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열교환 가열 유닛은, 상기 열원기기와 상기 열교환 탱크의 상측 또는 하측의 열매체 유입구 사이를 연결하여, 상기 열원기기에서 가열된 상기 열매체를 상기 열교환 탱크로 유동시키는 제 1 순환 라인; 상기 열교환 탱크의 하측 또는 상측의 열매체 배출구와 상기 열원기기 사이를 연결하여, 상기 열교환 탱크로부터 배출된 상기 열매체가 재가열될 수 있도록 상기 열원기기로 재순환시키는 제 2 순환 라인; 상기 제 1 순환 라인에 설치되어, 상기 열교환 탱크로 공급되는 상기 열매체의 유량을 제어하는 제 3 조절 밸브; 상기 제 2 순환 라인에 설치되어, 상기 열원기기로 재순환되는 상기 열매체의 압력을 생성하는 순환 펌프; 및 상기 열원기기의 전방에서 상기 제 2 순환 라인과 상기 제 1 순환 라인 사이를 연결하여, 상기 제 2 순환 라인으로 재순환되는 상기 열매체의 온도가 소정의 온도 이상일 경우, 상기 제 2 순환 라인으로 재순환되는 상기 열매체를 상기 열원기기로 순환시키지 않고 상기 제 1 순환 라인으로 바로 순환시키는 온도 조절 밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열원기기는, 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 현열(Sensible heat)을 이용하여, 상기 열매체로서 오일 또는 스팀을 가열하는 폐열회수기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열교환 탱크는, 상기 열교환 튜브의 “U”자 형상으로 절곡된 배관 사이 마다 삽입되는 방해판;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열교환 탱크는, 상기 열교환 공간의 일측에 설치되어, 상기 열교환 공간에 수용된 상기 열매체를 사전 가열하는 히터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열교환 가열 유닛은, 상기 열교환 튜브의 상기 입구부 인근에 설치되는 제 1 압력 센서; 및 상기 열교환 튜브의 상기 출구부 인근에 설치되는 제 2 압력 센서;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열교환 가열 유닛은, 상기 제 1 압력 센서로부터 감지되는 제 1 압력과 상기 제 2 압력 센서로부터 감지되는 제 2 압력의 압력차이를 비교하여 상기 열교환 튜브 내부의 요소 결정 생성을 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 암모니아 요구 장비는, 선박의 엔진으로부터 발생하는 배기 가스를 외부로 배출할 수 있는 배기부이고, 상기 암모니아 공급 장치는, 상기 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있도록, 상기 배기부에 설치된 분사 노즐을 통해 상기 배기 가스로 상기 암모니아 가스를 분사하는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진으로부터 발생되는 배기가스의 폐열로 액체 상태의 요소수를 가열하여, 기체 상태의 암모니아를 발생시킴으로써, 요소수에서 암모니아로의 전환효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 배기가스의 폐열로, 엔진의 배기가스에 암모니아가 분사되기 전에 암모니아를 충분히 가열하고, 가열된 상태를 분사 전까지 유지시켜, 암모니아의 에너지 준위를 높인 상태에서 분사되도록 함으로써, 배기부에서 암모니아의 분사 시, 배기가스의 온도 저하를 방지하여 반응 온도를 원활하게 확보하고, 쿨 다운(Cool down)에 따라 암모니아 가스가 액적 형태로 분무되는 것을 방지하여 가스(기체) 상태로 분무되도록 유도할 수 있다.
또한, 요소수를 암모니아로 전환하기 위한 에너지를 선박 내 구비되는 메인 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열이나, 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하도록, 폐열회수기를 이용한 열교환 가열 유닛을 구성함으로써, 요소수 가열을 위한 추가적인 에너지원이 필요하지 않을 수 있다.
이에 따라, 엔진의 부하에 따라 용량에 맞는 암모니아를 적절히 공급하여, 메인 엔진이나 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내에 포함된 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있는 암모니아 공급 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 공급 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 암모니아 공급 장치의 열교환 가열 유닛을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 1의 암모니아 공급 장치의 암모니아 주입 모듈에 설치된 과압 방지부를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 1의 암모니아 공급 장치의 암모니아 주입 배관의 이중관 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 암모니아 공급 장치의 열교환 가열 유닛을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 1의 암모니아 공급 장치의 암모니아 주입 모듈에 설치된 과압 방지부를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 1의 암모니아 공급 장치의 암모니아 주입 배관의 이중관 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 공급 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 암모니아 공급 장치(1000)의 열교환 가열 유닛(200)을 개략적으로 나타내는 구성도이며, 도 4는 도 1의 암모니아 공급 장치(1000)의 암모니아 주입 모듈(400)에 설치된 과압 방지부(430)를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 5는 도 1의 암모니아 공급 장치(1000)의 암모니아 주입 배관(410)의 이중관 구조를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 공급 장치(1000)는, 크게, 요소수 저장탱크(100)와, 열교환 가열 유닛(200)과, 요소수 공급 모듈(300)과, 암모니아 주입 모듈(400) 및 재순환 모듈(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 요소수 저장탱크(100)는, 내부에 액체 상태의 요소수를 저장할 수 있다.
또한, 요소수 공급 모듈(300)은, 요소수 저장탱크(100)에 저장된 상기 요소수가 후술될 열교환 가열 유닛(200)으로 공급될 수 있도록, 요소수 저장탱크(100)와 열교환 가열 유닛(200) 사이를 연결할 수 있다.
더욱 구체적으로, 요소수 공급 모듈(300)은, 요소수 저장탱크(100)와 열교환 가열 유닛(200)의 열교환 튜브(220)를 연결하는 요소수 공급 배관(310)과, 요소수 공급 배관(310)에 설치되어, 열교환 튜브(220)로 공급되는 상기 요소수의 유량을 제어하는 제 1 조절 밸브(320) 및 제 1 조절 밸브(320)와 요소수 저장탱크(100) 사이에 위치할 수 있도록 요소수 공급 배관(310)에 설치되어, 열교환 튜브(220)로 공급되는 상기 요소수의 압력을 생성하는 요소수 주입펌프(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 요소수 공급 모듈(300)은, 요소수 주입펌프(330)의 가동으로 요소수 공급 배관(310) 내에 생성된 압력에 의해 상기 요소수를 열교환 가열 유닛(200)의 열교환 튜브(220)로 공급할 수 있으며, 제 1 조절 밸브(320)의 조절에 따라, 요소수 공급 배관(310)을 통해 공급되는 상기 요소수의 유량을 제어할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열교환 가열 유닛(200)은, 요소수 공급 모듈(300)을 통해 요소수 저장탱크(100)로부터 공급되는 상기 요소수를 가열하여 기화시킴으로써, 암모니아(NH3) 가스를 생성할 수 있다.
더욱 구체적으로, 열교환 가열 유닛(200)은, 열원기기(20)에서 가열된 열매체가 유입되어 순환 후, 다시 열원기기(20)로 배출될 수 있는 열교환 공간(A)이 형성되는 열교환 탱크(210)와, “U”자 형상으로 절곡된 배관이 열교환 탱크(210)의 하측으로부터 상측으로 지그재그 형식으로 적층되도록 형성되고, 하측의 입구부(221)가 요소수 공급 모듈(300)에 연결되고, 상측의 출구부(222)가 암모니아 주입 모듈(400)에 연결되어, 배관 내부를 통과하는 상기 요소수를 가열하여 상기 암모니아 가스로 기화시키는 열교환 튜브(220) 및 열교환 튜브(220)의 출구부(222)에 설치되어, 기체로 기화된 상기 암모니아 가스와, 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 액체 상태로 잔류하는 상기 요소수를 분리하는 기액 분리부(230)로 구성될 수 있다.
열교환 가열 유닛(200)은, 열원기기(20)에서 가열된 상기 열매체를 열교환 공간(A)으로 유동시키는 과정에서, 열교환 공간(A)에서 병렬 상향식 U-Tube 연결구조를 가지는 열교환 튜브(220)를 통과하는 상기 요소수를 가열하여 상기 암모니아 가스로 기화시키기 위한 열교환식 가열 장치로서, 열교환 공간(A)을 유동하는 과정에서 냉각된 상기 열매체를 열원기기(20)로 다시 순환시킴으로써, 상기 열매체를 재가열시킬 수 있다. 여기서, 열교환 튜브(220)가 병렬 상향식 U-Tube 연결구조를 가지는 배관 형태로 형성되어, 열교환 공간(A)에서 상기 요소수의 볼륨(Volume)을 축소함으로써, 부하 추종성을 개선(요소수의 가열이 빠르게 이루어질 수 있음)할 수 있으며, 배관 내부에서 발생하는 상기 암모니아 가스의 배출을 용이하게 할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 열교환 가열 유닛(200)은, 상기 열매체의 재순환 라인으로서, 열원기기(20)와 열교환 탱크(210)의 상측 또는 하측의 열매체 유입구(211) 사이를 연결하여, 열원기기(20)에서 가열된 상기 열매체를 열교환 탱크(210)로 유동시키는 제 1 순환 라인(240) 및 열교환 탱크(210)의 하측 또는 상측의 열매체 배출구(212)와 열원기기(20) 사이를 연결하여, 열교환 탱크(210)로부터 배출된 상기 열매체가 재가열될 수 있도록, 열원기기(20)로 재순환시키는 제 2 순환라인(250)을 포함할 수 있다.
이때, 제 1 순환 라인(240)에는 제 3 조절 밸브(260)가 설치되어, 열원기기(20)를 통과 후 열교환 탱크(210)로 공급되는 상기 열매체의 유량을 제어할 수 있으며, 제 2 순환 라인(240)에는 순환 펌프(270)가 설치되어, 열교환 탱크(210)를 통과 후 열원기기(20)로 재순환되는 상기 열매체의 압력을 생성할 수 있다.
또한, 열원기기(20)의 전방에는 제 2 순환 라인(250)과 제 1 순환 라인(240) 사이를 선택적으로 개방하여 연결하는 온도 조절 밸브(280)가 설치되어, 열교환 탱크(210)를 통과 후 제 2 순환 라인(250)으로 재순환되는 상기 열매체의 온도가 소정의 온도 이상일 경우, 제 2 순환 라인(250)으로 재순환되는 상기 열매체를 열원기기(20)로 순환시키지 않고, 제 1 순환 라인(240)으로 바로 순환시킬 수 있다.
예컨대, 상기 열매체의 흐름 방향을 기준으로, 제 1 순환 라인(240) 상에서 온도 조절 밸브(280)의 후방에 온도 센서(S)가 설치되어 상기 열매체의 온도를 측정하여, 제 1 순환 라인(240)을 통해 열교환 탱크(210)로 공급되는 상기 열매체의 온도가 필요 온도 이상으로 지나치게 높을 경우, 제 2 순환 라인(240)을 통해서 재순환되는 상기 열매체를 열원기기(20)로 순환시키지 않고, 제 1 순환 라인(240)으로 바로 순환시킴으로써, 상기 열매체의 온도를 조절할 수 있다.
또한, 제 2 순환 라인(240) 상에서, 열원기기(20)와 온도 조절 밸브(280) 사이에는, 자동 추기 밸브(V)가 연결되어, 열교환 가열 유닛(200)의 가동 전 순환 라인(240, 250)에 존재하는 에어(Air)를 외부로 배출함으로써, 열교환 가열 유닛(200)의 가동 시, 온도 상승으로 순환 라인(240, 250) 내부의 상기 열매체가 외부로 유출되는 것을 방지하고, 상기 열매체의 재순환이 원활하도록 유도할 수 있다.
여기서, 상기 열매체의 재가열이 이루어지는 열원기기(20)는, 엔진(E)으로부터 배출되는 배기 가스의 폐열로부터 발생하는 현열(Sensible heat) 이용하는 시스템으로서, 상기 열매체를 가열하는 폐열회수기(21)일 수 있다. 예컨대, 폐열회수기(21)로 배기 가스를 배출하는 엔진(E)은, 선박의 메인 엔진이나 제너레이터 엔진 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 열교환 가열 유닛(200)에서 이용되는 상기 열매체로는 오일(Oil)을 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 이외에도 스팀(Steam)이 사용될 수도 있다.
이에 따라, 열교환 가열 유닛(200)은, 열교환 튜브(220)를 통과하는 상기 요소수를 가열하는 과정에서 냉각된 상기 열매체를 엔진(E)의 폐열을 이용하는 열원기기(20)로 재순환시킴으로써, 별도의 추가적인 에너지원 없이 상기 요소수의 가열을 위한 상기 열매체를 재가열시킬 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환 가열 유닛(200)의 열교환 탱크(210) 내부의 열교환 공간(A)의 일측에는, 히터(214)가 설치되어, 열교환 공간(A)에 수용된 상기 열매체를 사전 가열할 수 있다.
예컨대, 암모니아 공급 장치(1000)의 초기 기동 시, 열교환 공간(A)에 잔류하던 상기 열매체를 히터(214)를 이용하여 사전 가열함으로써, 정상 상태 조건까지의 응답시간을 단축시키고, 점도에 의한 펌핑 성능(상기 열매체가 오일일 경우, 낮은 온도에서 높은 점도로 인해 순환이 원활하지 않을 수 있음)의 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환 탱크(210) 내부의 열교환 공간(A)에는, 열교환 튜브(220)의 “U”자 형상으로 절곡된 배관 사이 마다 방해판(213)이 지그재그로 삽입될 수 있다.
예컨대, 열교환 탱크(210)의 열교환 공간(A)을 유동하는 상기 열매체가 향류 형태의 흐름을 가질 수 있도록, “U”자 형상이 지그재그로 반복될 수 있도록 병렬 상향식으로 적층된 배관 사이 마다 방해판(210)이 지그재그로 삽입됨으로써, 열교환 튜브(220)의 내부를 유동하는 상기 요소수와 상기 열매체 사이의 열교환이 더욱 효율적으로 일어날 수 있도록 유도할 수 있다.
또한, 도시되진 않았지만, 열교환 가열 유닛(200)은, 열교환 튜브(220)의 입구부(221) 인근에 설치되는 제 1 압력 센서 및 열교환 튜브(220)의 출구부(222) 인근에 설치되는 제 2 압력 센서를 포함하여, 상기 제 1 압력 센서로부터 감지되는 제 1 압력과 상기 제 2 압력 센서로부터 감지되는 제 2 압력의 압력 차이를 비교(요소수의 증발에 따라 발생할 수 있는 정상적인 압력 차이와 비교)하여 열교환 튜브(220) 내부의 요소 결정 생성을 감지할 수도 있다.
상술한 구성에 따라, 열교환 튜브(220)를 통과하는 과정에서 가열된 상기 요소수와 가열된 상기 요소수로부터 기화된 상기 암모니아 가스는 기액 분리부(230)를 통해 분리될 수 있다.
이러한, 기액 분리부(230)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환 튜브(220)의 출구부(222)에서, 암모니아 주입 모듈(400)과 열교환 튜브(220)를 수직 방향으로 연결하는 수직 헤더(231) 및 열교환 튜브(220)의 출구부(222)에서, 재순환 모듈(500)과 열교환 튜브(220)를 수직 헤더(231)와 수직한 수평 방향으로 연결하는 수평 헤더(232)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 가열된 상기 요소수로부터 기화된 상기 암모니아 가스는, 상기 수직 방향으로 연장된 수직 헤더(231)를 통해 후술될 암모니아 주입 모듈(400)로 분리될 수 있으며, 기화되지 못하고 잔류하는 상기 요소수는, 상기 수평 방향으로 연장된 수평 헤더(232)를 통해 재순환 모듈(500)로 분리될 수 있다.
먼저, 기액 분리부(230)의 수평 헤더(232)로 분리된 상기 요소수를 재순환 시킬 수 있는 재순환 모듈(500)에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 재순환 모듈(500)은, 열교환 가열 유닛(200)의 열교환 튜브(220)를 통과하는 과정에서 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 잔류하는 상기 요소수의 오버플로우(Overflow)를 방지하고, 재순환시킬 수 있도록, 열교환 가열 유닛(200)의 출구부(222) 인근과 요소수 공급 모듈(300) 사이를 연결할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 재순환 모듈(500)은, 열교환 탱크(210)에서 수평 헤더(232)와 수직하게 연결될 수 있도록, 열교환 탱크(210)의 열교환 공간(A)에서 상기 수직 방향으로 연장되게 형성되는 수직 배관(510) 및 수직 배관(510)의 하단과 요소수 공급 모듈(300)을 연결하는 연결 배관(520)을 포함할 수 있다.
이때, 수직 배관(510)의 상단에는, 수직 배관(510)으로 회수되는 상기 요소수의 수위(Level)을 감지하는 레벨 메타(530)가 설치되고, 연결 배관(520)에는 연결 배관(520)을 폐쇄 또는 개방할 수 있는 수위 조절 밸브(540)가 설치됨으로써, 레벨 메타(530)로 감지되는 수직 배관(510)의 상기 요소수의 수위가 소정의 수위 이상으로 감지되면, 수직 배관(510)으로 회수된 상기 요소수를 재순환시킬 수 있도록, 수위 조절 밸브(540)가 연결 배관(520)을 개방시킬 수 있다.
여기서, 수직 배관(510)으로 회수된 상기 요소수가 재순환되는 압력은, 요소수 주입펌프(330)의 압력을 이용할 수 있도록, 재순환 모듈(500)의 연결 배관(520)은, 요소수 주입펌프(330)와 요소수 저장탱크(100)의 사이에서 요소수 공급 배관(310)에 연결되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상술한 기액 분리부(230)의 수직 헤더(231)로 분리된 상기 암모니아 가스를 암모니아 요구 장비(10)로 주입시킬 수 있는 암모니아 주입 모듈(400)에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 암모니아 주입 모듈(400)은, 열교환 가열 유닛(200)에서 생성된 상기 암모니아 가스가 암모니아 요구 장비(10)로 주입될 수 있도록, 열교환 가열 유닛(200)과 암모니아 요구 장비(10) 사이를 연결할 수 있다.
이러한, 암모니아 주입 모듈(400)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기액 분리부(230)의 수직 헤더(231)와 암모니아 요구 장비(10) 사이를 연결하는 암모니아 주입 배관(410) 및 암모니아 주입 배관(410)에 설치되어, 암모니아 요구 장비(10)로 공급되는 상기 암모니아 가스의 유량을 제어하는 제 2 조절 밸브(420)를 포함할 수 있다.
이때, 수직 헤더(231)와 제 2 조절 밸브(420)의 사이에서 암모니아 주입 배관(410)에는, 과압 방지부(430)가 연결되어, 암모니아 주입 배관(410)으로 공급되는 상기 암모니아 가스의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 과압 방지부(430)는, 상기 암모니아 가스의 압력이 상기 소정의 압력 이상으로 상승 시, 내부에 수용된 흡수 용액(예컨대, Tap water)(F)으로 암모니아 주입 배관(410)으로부터 배출되는 상기 암모니아 가스를 흡수하는 흡수조(431) 및 흡수조(431)와 암모니아 주입 배관(410) 사이에 설치되어, 흡수조(431)로 흡수되는 상기 암모니아 가스의 압력이 상기 소정의 압력 이상의 위험 압력으로 상승하면 상기 암모니아 가스를 외부로 배출하는 안전 밸브(432)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이, 과압 방지부(430)는, 과압을 방지하는 안전 밸브(432)와 흡수조(431)로 구성되어, 각종 조절 밸브의 고장이나 비상 조건에서 상기 암모니아 가스의 공급측인 열교환 가열 유닛(200)의 열교환 튜브(220)의 과도한 압력 상승을 방지하고, 대기로의 암모니아 가스의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 과압 방지부(430)와 제 2 조절 밸브(420)의 사이에서 암모니아 주입 배관(410)에는 세정부(440)가 연결되어, 열교환 튜브(220)의 배관 내부를 세정할 수 있도록 세정액을 주입하거나, 세정부(440)와 제 2 조절 밸브(420)의 사이에서 암모니아 주입 배관(410)에는 회수부(450)가 연결되어, 열교환 튜브(220)의 배관 내부의 요소를 회수할 수 있도록 압축공기를 주입할 수 있다.
예컨대, 세정부(440)는, 열교환 튜브(220)의 세정(Cleaning)이 필요할 경우, 열교환 튜브(220)의 내부로 상기 세정액을 주입하여(요소수의 흐름 방향과 역방향으로 주입) 열교환 튜브(220)의 내부를 세정할 수 있다. 또한, 회수부(450)는, 암모니아 공급 장치(1000)의 운전 정지 후, 열교환 튜브(220)에 누적된 요소를 회수하고자 할 때, 열교한 튜브(220)의 내부로 상기 압축공기를 주입하여, 열교환 튜브(220) 내부의 요소를 회수할 수 있다.
이때, 요소수 공급 모듈(300)에는, 열교환 튜브(220)와 제 1 조절 밸브(320)의 사이에서 요소수 공급 배관(310)에 드레인부(340)가 연결되어, 세정부(440)로부터 주입되는 상기 세정액 또는 회수부(450)로부터 주입되는 상기 압축공기를 외부로 배출할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 암모니아 주입 모듈(400)의 암모니아 주입 배관(410)은, 제 2 조절 밸브(420)와 암모니아 요구 장비(10) 사이의 구간 중 적어도 일부 구간이, 암모니아 주입 라인(411)을 감싸는 형태로 단열 공간(412)을 형성하는 이중관으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 이중관으로 형성되는 암모니아 주입 배관(410)의 단열 공간(412)에는 도시되진 않았지만, 암모니아 감지 센서가 설치되어, 암모니아 주입 라인(411)을 통과하는 상기 암모니아 가스의 누설을 감지할 수 있다.
또한, 상기 이중관으로 형성되는 암모니아 주입 배관(410)에는, 퍼징 라인(460)이 연결되어, 암모니아 주입 라인(411) 또는 단열 공간(412)으로 퍼징 기체를 공급하여 내부를 퍼징할 수 있다.
이외에도, 상기 이중관으로 형성되는 암모니아 주입 배관(410)의 단열 공간(412)에는, 블로워 라인(470)이 연결되어, 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 단열 공간으로 유입시킴으로써, 암모니아 주입 라인(411)을 유동하는 암모니아 기체의 온도가 떨어지는 것을 방지하거나, 송풍기(Blower)와 연결시킴으로써, 단열 공간(412) 내부를 환기시킬 수도 있다.
이와 같이, 암모니아 공급 장치(1000)는, 열교환 가열 유닛(200)을 통해서, 엔진(E)으로부터 발생되는 배기가스의 폐열로 액체 상태의 상기 요소수를 가열하여, 기체 상태의 상기 암모니아 가스를 발생시킨 후, 암모니아 주입 모듈(400)을 통해서, 암모니아 요구 장비(10)로 주입할 수 있다.
예컨대, 암모니아 공급 장치(1000)는, 선박용으로써, 암모니아 요구 장비(10)는, 선박의 엔진(E)으로부터 발생하는 배기 가스를 외부로 배출할 수 있는 배기부이고, 암모니아 공급 장치(1000)는, 상기 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있도록, 상기 배기부에 설치된 분사 노즐(30)을 통해 상기 배기 가스로 상기 암모니아 가스를 분사하는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치일 수 있다.
여기서, 암모니아 공급 장치(1000)는, 선박용으로 사용되는 것을 예로 들었으나, 반드시 선박용에만 국한되지 않고, 차량용 또는 육상용으로서 질소산화물의 저감이 필요한 발전소나 각종 산업 현장 등 암모니아 공급이 필요한 시스템에 모두 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른, 암모니아 공급 장치(1000)에 따르면, 엔진(E)으로부터 발생되는 상기 배기가스의 폐열로 액체 상태의 상기 요소수를 가열하여, 기체 상태의 상기 암모니아 가스를 발생시킴으로써, 상기 요소수에서 상기 암모니아 가스로의 전환효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 배기가스의 폐열로, 엔진(E)으로부터 발생하는 상기 배기가스에 상기 암모니아 가스가 분사되기 전에 상기 암모니아 가스를 충분히 가열하고, 그 가열된 상태를 이중관을 이용하여 분사 전까지 유지시켜, 상기 암모니아 가스의 에너지 준위를 높인 상태에서 분사되도록 함으로써, 배기부에서 상기 암모니아 가스의 분사 시, 상기 배기가스의 온도 저하를 방지하여 반응 온도를 원활하게 확보하고, 쿨 다운(Cool down)에 따라 암모니아 가스가 액적 형태로 분무되는 것을 방지하여 가스(기체) 상태로 분무되도록 유도할 수 있다.
또한, 상기 요소수를 상기 암모니아 가스로 전환하기 위한 에너지를 선박 내 구비되는 메인 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열이나, 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하도록, 폐열회수기(21)를 이용한 열교환 가열 유닛(200)을 구성함으로써, 상기 요소수 가열을 위한 추가적인 에너지원이 필요하지 않을 수 있다.
그러므로, 엔진(E)의 부하에 따라 용량에 맞는 상기 암모니아 가스를 적절히 공급하여, 메인 엔진이나 제너레이터 엔진으로부터 배출되는 상기 배기가스 내에 포함된 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 암모니아 요구 장비
20: 열원기기
21: 폐열회수기
30: 분사 노즐
100: 요소수 저장탱크
200: 열교환 가열 유닛
210: 열교환 탱크
211: 열매체 유입구
212: 열매체 배출구
213: 방해판
214: 히터
220: 열교환 튜브
221: 입구부
222: 출구부
230: 기액 분리부
231: 수직 헤더
232: 수평 헤더
240: 제 1 순환 라인
250: 제 2 순환 라인
260: 제 3 조절 밸브
270: 순환 펌프
280: 온도 조절 밸브
300: 요소수 공급 모듈
310: 요소수 공급 배관
320: 제 1 조절 밸브
330: 요소수 주입펌프
340: 드레인부
400: 암모니아 주입 모듈
410: 암모니아 주입 배관
411: 암모니아 주입 라인
412: 단열 공간
420: 제 2 조절 밸브
430: 과압 방지부
431: 흡수조
432: 안전 밸브
440: 세정부
450: 회수부
460: 퍼징 라인
470: 블로워 라인
500: 재순환 모듈
510: 수직 배관
520: 연결 배관
530: 레벨 메타
540: 수위 조절 밸브
1000: 암모니아 공급 장치
A: 열교환 공간
E: 엔진
F: 흡수 용액
S: 온도 센서
V: 자동 추기 밸브
20: 열원기기
21: 폐열회수기
30: 분사 노즐
100: 요소수 저장탱크
200: 열교환 가열 유닛
210: 열교환 탱크
211: 열매체 유입구
212: 열매체 배출구
213: 방해판
214: 히터
220: 열교환 튜브
221: 입구부
222: 출구부
230: 기액 분리부
231: 수직 헤더
232: 수평 헤더
240: 제 1 순환 라인
250: 제 2 순환 라인
260: 제 3 조절 밸브
270: 순환 펌프
280: 온도 조절 밸브
300: 요소수 공급 모듈
310: 요소수 공급 배관
320: 제 1 조절 밸브
330: 요소수 주입펌프
340: 드레인부
400: 암모니아 주입 모듈
410: 암모니아 주입 배관
411: 암모니아 주입 라인
412: 단열 공간
420: 제 2 조절 밸브
430: 과압 방지부
431: 흡수조
432: 안전 밸브
440: 세정부
450: 회수부
460: 퍼징 라인
470: 블로워 라인
500: 재순환 모듈
510: 수직 배관
520: 연결 배관
530: 레벨 메타
540: 수위 조절 밸브
1000: 암모니아 공급 장치
A: 열교환 공간
E: 엔진
F: 흡수 용액
S: 온도 센서
V: 자동 추기 밸브
Claims (10)
- 요소수를 저장하는 요소수 저장탱크;
상기 요소수 저장탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 가열하여, 암모니아(NH3) 가스를 생성하는 열교환 가열 유닛;
상기 요소수 저장탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 열교환 가열 유닛으로 공급될 수 있도록, 상기 요소수 저장탱크와 상기 열교환 가열 유닛 사이를 연결하는 요소수 공급 모듈;
상기 열교환 가열 유닛에서 생성된 상기 암모니아 가스가 암모니아 요구 장비로 주입될 수 있도록, 상기 열교환 가열 유닛과 상기 암모니아 요구 장비 사이를 연결하는 암모니아 주입 모듈; 및
상기 열교환 가열 유닛을 통과하는 과정에서 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 잔류하는 상기 요소수를 재순환시킬 수 있도록, 상기 열교환 가열 유닛의 출구부 인근과 상기 요소수 공급 모듈 사이를 연결하는 재순환 모듈;을 포함하고,
상기 열교환 가열 유닛은,
열원기기에서 가열된 열매체가 유입되어 순환 후, 다시 상기 열원기기로 배출될 수 있는 열교환 공간이 형성되는 열교환 탱크;
“U”자 형상으로 절곡된 배관이 상기 열교환 탱크의 하측으로부터 상측으로 지그재그 형식으로 적층되도록 형성되고, 하측의 입구부가 상기 요소수 공급 모듈에 연결되고, 상측의 상기 출구부가 상기 암모니아 주입 모듈에 연결되어, 배관 내부를 통과하는 상기 요소수를 가열하여 상기 암모니아 가스로 기화시키는 열교환 튜브; 및
상기 열교환 튜브의 상기 출구부에 설치되어, 기체로 기화된 상기 암모니아 가스와 상기 암모니아 가스로 기화되지 못하고 액체 상태로 잔류하는 상기 요소수를 분리하는 기액 분리부;를 포함하고,
상기 기액 분리부는,
상기 열교환 튜브의 상기 출구부에서, 상기 암모니아 주입 모듈과 상기 열교환 튜브를 수직 방향으로 연결하는 수직 헤더; 및
상기 열교환 튜브의 상기 출구부에서, 상기 재순환 모듈과 상기 열교환 튜브를 상기 수직 헤더와 수직한 수평 방향으로 연결하는 수평 헤더;를 포함하고,
상기 재순환 모듈은,
상기 열교환 탱크에서 상기 수평 헤더와 수직하게 연결될 수 있도록, 상기 열교환 탱크의 상기 열교환 공간에서 상기 수직 방향으로 연장되게 형성되는 수직 배관;
상기 수직 배관의 하단과 상기 요소수 공급 모듈을 연결하는 연결 배관;
상기 수직 배관의 상단에 설치되어, 상기 수직 배관으로 회수되는 상기 요소수의 수위(Level)을 감지하는 레벨 메타; 및
상기 연결 배관을 폐쇄 또는 개방할 수 있도록 상기 연결 배관에 설치되고, 상기 레벨 메타로 감지되는 상기 수직 배관의 상기 요소수의 수위가 소정의 수위 이상으로 감지되면, 상기 요소수를 재순환시킬 수 있도록 상기 연결 배관을 개방시키는 수위 조절 밸브;
를 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 요소수 공급 모듈은,
상기 요소수 저장탱크와 상기 열교환 가열 유닛의 상기 열교환 튜브를 연결하는 요소수 공급 배관;
상기 요소수 공급 배관에 설치되어, 상기 열교환 튜브로 공급되는 상기 요소수의 유량을 제어하는 제 1 조절 밸브; 및
상기 제 1 조절 밸브와 상기 요소수 저장탱크 사이에 위치할 수 있도록 상기 요소수 공급 배관에 설치되어, 상기 열교환 튜브로 공급되는 상기 요소수의 압력을 생성하는 요소수 주입펌프;를 포함하고,
상기 재순환 모듈의 상기 연결 배관은,
상기 요소수 주입펌프와 상기 요소수 저장탱크의 사이에서 상기 요소수 공급 배관에 연결되는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 암모니아 주입 모듈은,
상기 기액 분리부의 상기 수직 헤더와 상기 암모니아 요구 장비 사이를 연결하는 암모니아 주입 배관;
상기 암모니아 주입 배관에 설치되어, 상기 암모니아 요구 장비로 공급되는 상기 암모니아 가스의 유량을 제어하는 제 2 조절 밸브;
상기 수직 헤더와 상기 제 2 조절 밸브의 사이에서 상기 암모니아 주입 배관에 연결되어, 상기 암모니아 주입 배관으로 공급되는 상기 암모니아 가스의 압력이 소정의 압력 이상으로 상승하는 것을 방지하는 과압 방지부;
상기 과압 방지부와 상기 제 2 조절 밸브의 사이에서 상기 암모니아 주입 배관에 연결되어, 상기 열교환 튜브의 배관 내부를 세정할 수 있도록 세정액을 주입하는 세정부; 및
상기 세정부와 상기 제 2 조절 밸브의 사이에서 상기 암모니아 주입 배관에 연결되어, 상기 열교환 튜브의 배관 내부의 요소를 회수할 수 있도록 압축공기를 주입하는 회수부;
를 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 과압 방지부는,
상기 암모니아 가스의 압력이 상기 소정의 압력 이상으로 상승 시, 내부에 수용된 흡수 용액으로 상기 암모니아 주입 배관으로부터 배출되는 상기 암모니아 가스를 흡수하는 흡수조; 및
상기 흡수조와 상기 암모니아 주입 배관 사이에 설치되어, 상기 흡수조로 흡수되는 상기 암모니아 가스의 압력이 상기 소정의 압력 이상의 위험 압력으로 상승하면 상기 암모니아 가스를 외부로 배출하는 안전 밸브;를 포함하고,
상기 요소수 공급 모듈은,
상기 열교환 튜브와 상기 제 1 조절 밸브의 사이에서 상기 요소수 공급 배관에 연결되어, 상기 세정부로부터 주입되는 상기 세정액 또는 상기 회수부로부터 주입되는 상기 압축공기를 배출하는 드레인부;를 더 포함하고,
상기 암모니아 주입 배관은,
상기 제 2 조절 밸브와 상기 암모니아 요구 장비 사이의 구간 중 적어도 일부 구간이, 암모니아 주입 라인을 감싸는 형태로 단열 공간을 형성하는 이중관으로 형성되고,
상기 암모니아 주입 모듈은,
상기 이중관의 상기 암모니아 주입 라인 또는 상기 단열 공간으로 퍼징 기체를 공급하는 퍼징 라인; 및
외부의 송풍기(Blower) 또는 엔진과, 상기 단열 공간 사이를 연결하여, 상기 단열 공간 내부를 환기하거나 상기 단열 공간으로 배기 가스를 유입시키는 블로워 라인;
을 더 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열교환 가열 유닛은,
상기 열원기기와 상기 열교환 탱크의 상측 또는 하측의 열매체 유입구 사이를 연결하여, 상기 열원기기에서 가열된 상기 열매체를 상기 열교환 탱크로 유동시키는 제 1 순환 라인;
상기 열교환 탱크의 하측 또는 상측의 열매체 배출구와 상기 열원기기 사이를 연결하여, 상기 열교환 탱크로부터 배출된 상기 열매체가 재가열될 수 있도록 상기 열원기기로 재순환시키는 제 2 순환 라인;
상기 제 1 순환 라인에 설치되어, 상기 열교환 탱크로 공급되는 상기 열매체의 유량을 제어하는 제 3 조절 밸브;
상기 제 2 순환 라인에 설치되어, 상기 열원기기로 재순환되는 상기 열매체의 압력을 생성하는 순환 펌프; 및
상기 열원기기의 전방에서 상기 제 2 순환 라인과 상기 제 1 순환 라인 사이를 연결하여, 상기 제 2 순환 라인으로 재순환되는 상기 열매체의 온도가 소정의 온도 이상일 경우, 상기 제 2 순환 라인으로 재순환되는 상기 열매체를 상기 열원기기로 순환시키지 않고 상기 제 1 순환 라인으로 바로 순환시키는 온도 조절 밸브;
를 더 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 열원기기는,
엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 현열(Sensible heat)을 이용하여, 상기 열매체로서 오일 또는 스팀을 가열하는 폐열회수기;
를 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열교환 탱크는,
상기 열교환 튜브의 “U”자 형상으로 절곡된 배관 사이 마다 삽입되는 방해판;
을 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열교환 탱크는,
상기 열교환 공간의 일측에 설치되어, 상기 열교환 공간에 수용된 상기 열매체를 사전 가열하는 히터;
를 포함하는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열교환 가열 유닛은,
상기 열교환 튜브의 상기 입구부 인근에 설치되는 제 1 압력 센서; 및
상기 열교환 튜브의 상기 출구부 인근에 설치되는 제 2 압력 센서;를 더 포함하고,
상기 제 1 압력 센서로부터 감지되는 제 1 압력과 상기 제 2 압력 센서로부터 감지되는 제 2 압력의 압력차이를 비교하여 상기 열교환 튜브 내부의 요소 결정 생성을 감지하는, 암모니아 공급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 암모니아 요구 장비는,
선박의 엔진으로부터 발생하는 배기 가스를 외부로 배출할 수 있는 배기부이고,
상기 암모니아 공급 장치는,
상기 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있도록, 상기 배기부에 설치된 분사 노즐을 통해 상기 배기 가스로 상기 암모니아 가스를 분사하는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치인, 암모니아 공급 장치.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101822777B1 (ko) | 2014-05-27 | 2018-03-08 | 만 디젤 앤 터보 에스이 | 배기가스 후처리 시스템 및 배기가스 후처리 방법 |
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2022
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|---|---|---|---|---|
| KR101822777B1 (ko) | 2014-05-27 | 2018-03-08 | 만 디젤 앤 터보 에스이 | 배기가스 후처리 시스템 및 배기가스 후처리 방법 |
| KR102334649B1 (ko) | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 삼성중공업 주식회사 | 암모니아 연료 공급 장치 |
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