KR20100095047A - 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치에 관한 것으로 선박용 디젤 엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 입구 단이 연결되고, 외기 쪽으로 출구 단이 연결되어 내부공간을 형성하는 하우징; 상기 입구 단과 출구 단 사이를 격리하여 상기 하우징 내부를 분할하고 상기 입구 단과 출구 단 사이에 배치되는 세라믹 필터; 및, 상기 하우징의 하부에 설치되는 발열체를 포함하여 이루어지고, 상기 세라믹필터는 기공의 크기가 다른 외곽층과 내부층의 이중층 구조로 이루어져, 상기 내부층은 배기가스 정화용 촉매를 담지하고, 상기 외곽층은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작고, 상기 발열체의 표면온도는 적어도 디젤엔진의 연소에 따라 발생하는 분진의 발화온도인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치에 관한 것이다.

이를 통하여 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 장치 및 단계를 하나의 장치로 줄일 수 있으므로, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 이에 따라 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 제작을 용이하게 할 수 있으며, 간단한 시스템을 통하여 운용을 용이하게 하며, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

선박, 배기가스, 세라믹 필터

Description

선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치 {Filter-type particle collecting and exhaust gas clean-up device for the exhaust gas of ship engines}

본 발명은 선박용 디젤엔진 후단에서 발생되는 입자상 물질(검댕이)과 배기가스 내의 대기오염물질을 하나의 장치로 동시에 제거하는 정화장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 다단의 장치 및 공정 단계를 하나의 장치로 1단계 공정으로 줄일 수 있으므로, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 이에 따라 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 제작을 용이하게 할 수 있으며, 별도의 유지보수를 최소화하여 간단한 시스템을 통하여 운용을 용이하게 하며, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치에 관한 것이다.

선박용 디젤엔진의 경우에 디젤의 연소과정에서 매연(soot) 등의 분진(PM)과 질소산화물(NOx) 등의 대기오염물질이 발생하며, 이러한 선박의 배기가스에 의한 환경오염에 대하여 종래에는 이를 간과하였으나, 이에 대한 규제가 날로 증가하고 있는 추세이다.

따라서 이와 같은 선박용 디젤엔진의 오염물질 (PM과 NOx등의 대기오염물질)배출을 줄이기 위하여 다양한 방법이 제안되어지고 있다. 이에 대한 것으로 매연 등을 포함하는 분진의 제거를 위하여 건식 또는 습식 분진제거 장치가 제안되어지며, 습식 분진제거장치는 대한민국 특허출원 제10-2006-61951호에 기술된 바가 있고, 건식 분진제거장치로는 DPF(Diesel Particulate Filter)를 적용하는 방안이 있으며, 이외에 메탈필터를 적용할 수 있으나, 이들은 PM의 포집은 가능하지만 NOx 제거는 하지 못하는 한계점이 있다. 또한 질소산화물의 제거를 위하여 허니컴 필터에 촉매를 입힌 형태가 사용되고 있나, 이는 NOx 제거만 가능하며 일정시간 사용 후에는, PM(매연, 검댕이, soot 등)으로 인한 표면 피독 현상으로 질소산화물 제거 기능이 떨어지고 사용주기도 짧은 문제점이 있다.

이에 따라, 종래의 입자상물질(PM) 및 배기가스 오염물질 동시제거를 위한 집진설비는 허니컴 구조의 세라믹 촉매 필터를 사용하는데, 이 경우에는 입자상물질이 허니컴 구조에 누적되어 차압이 상승하는 문제가 있고, 누적된 입자상물질이 제한적인 공간 안에서 재생될 경우 열에 의한 충격 및 크랙 발생문제, 입자상물질에 의해 촉매가 피독되어 더 이상 NOx와 같은 배기가스 오염물질을 정화할 수 없는 문제 등이 있어서, 이러한 문제들이 지속적인 해결과제로 남아있다.

뿐만 아니라, 선박의 경우에는 공간적 제약으로 인하여 집진기의 유로 단면적을 넓히는 것이 어려워 도 1에 도시한 바와 같이 집진 설비의 전후에 각각 펌핑 장치를 더 구비하여야만 엔진의 출력에 영향을 주지 않고 배기가스의 분진을 제거 할 수 있으므로 장비가 복잡하고, 제작비용이 증가하며, 운용비용이 증대되는 문제점이 있다.

또한 이와 같은 집진설비의 경우에는 매연 등을 포함하는 분진은 제거할 수 있지만 이외에도 배기가스에는 이외에도 질소산화물 등의 대기 오염물질의 발생이 문제가 되므로 이와 같은 집진설비 이외에 별도로 SCR(Selective Catalytic Reduction) 설비 등을 채용하여 질소산화물의 배출을 줄이거나, 별도의 분사장치를 통하여 연소가스에 물을 분사하여 질소산화물의 배출을 줄이는 등의 복잡한 장치를 부가하여야 하므로 장비가 더욱 복잡해지고, 제작비용이 증가하는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 선박용 디젤엔진에 적용이 가능한 선박용 배기가스 정화 및 집진을 동시에 수행할 수 있는 설비의 개발이 절실한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화 및 집진에 요구되는 복잡한 다단의 장치 및 공정 단계를 하나의 장치로 1단계 공정으로 줄일 수 있으므로, 배기가스 정화 및 집진 시스템을 간단하게 꾸밀 수 있고, 이에 따라 배기가스 정화장치 및 배기가스 제진설비의 제작 원가를 줄이고, 제작을 용이하게 할 수 있으며, 별도의 유지보수를 최소화하여 간단한 시스템을 통하여 운용을 용이하게 하며, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

선반용 디젤 엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 입구 단이 연결되고, 외기 쪽으로 출구 단이 연결되어 내부공간을 형성하는 하우징; 상기 입구 단과 출구 단 사이를 격리하여 상기 하우징 내부를 분할하고 상기 입구 단과 출구 단 사이에 배치되는 세라믹 필터; 및, 상기 하우징의 하부에 설치되는 발열체를 포함하여 이루어지고,

상기 세라믹필터는 기공의 크기가 다른 외곽층과 내부층의 이중층 구조로 이루어져, 상기 내부층은 배기가스 정화용 촉매를 담지하고, 상기 외곽층은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작고,

상기 발열체의 표면온도는 적어도 디젤엔진의 연소에 따라 발생하는 분진의 발화온도인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치를 제공한다.

본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치에 따르면, 정화장치가 엔진의 배기가스 출구라인에 직접적으로 연결되어 배기가스의 고온을 적절히 활용하여, 배기가스 내의 오염물질 제거를 위한 화학반응(SCR공정 등)에 필요한 적절한 고온의 반응조건을 쉽게 얻을 수 있도록 하여 운영비의 절감을 얻을 수 있다.

또한, 다층구조의 세라믹 필터를 통하여 배기가스 내의 PM 제거를 외곽층을 통하여 먼저하고, 이와 같이 PM이 제거된 배기가스의 질소산화물 등의 대기오염물질을 내부층을 통하여 제거하므로, 내부층의 정화촉매 피독을 막을 수 있어서 촉매의 내구성이 향상되고, 정화효율을 장시간 높게 유지할 수 있으며, 유지비용이 절감되며, 설비유지가 용이하며, 하나의 정화장치로 2가지 공정을 모두 수행하므로 장치가 단순해져 장치 비용을 줄이고, 공간효율을 얻을 수 있다.

또한, 배기가스로부터 걸러진 PM은 세라믹필터 표면에 붙게 되나, 엔진에 근접하여 배치된 정화장치에 엔진의 진동 및 배기가스의 맥동이 그대로 전달되어 별도의 부가적인 발진설비를 부가하지 않고도 필터 표면의 PM을 떨어뜨릴 수 있어서 자체적으로 정화기능을 가지게 되며, 이와 같이 하부로 떨어진 PM은 발열체에 의하여 연소되어 정화장치의 가열에 활용되므로 하부에 모인 PM을 별도로 제거할 필요가 없고, PM을 재활용하여 에너지를 얻는 효과를 얻어 에너지 효율을 높일 수 있다.

마지막으로 이러한 전체적인 구성을 하나의 장치에 묶음으로서 다단의 설비를 하나의 장치로 구성하여 선박의 공간효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 엔진에서 발생하는 폐열, 진동, PM 등의 오염원을 하나의 장비에서 효율적으로 재활용할 수 있도록 하여 단순하고 효율적인 집진 및 정화 겸용 장치를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 선박용 배기가스 정화장치에 관한 것으로 선반용 디젤 엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 입구 단이 연결되고, 외기 쪽으로 출구 단이 연결되어 내부공간을 형성하는 하우징; 상기 입구 단과 출구 단 사이를 격리하여 상기 하우징 내부를 분할하고 상기 입구 단과 출구 단 사이에 배치되는 세라믹 필터; 및, 상기 하우징의 하부에 설치되는 발열체를 포함하여 이루어지고, 상기 세라믹필터는 기공의 크기가 다른 외곽층과 내부층의 이중층 구조로 이루어져, 상기 내부층은 배기가스 정화용 촉매를 담지하고, 상기 외곽층은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작고, 상기 발열체의 표면온도는 적어도 디젤엔진의 연소에 따라 발생하는 분진의 발화온도인 것을 특징으로 하여 구성된다.

이에 대한 구체적인 예는 도 2(발열체가 미 도시됨.) 내지 도 6에 도시한 바와 같다. 즉, 종래의 시스템과 달리, 본 발명의 경우에는 세라믹 필터를 통하여 선박의 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 것과 함께 배기가스 내의 질소산화물과 같은 오염물질을 정화하는 기능을 동시에 수행하도록 하는 것으로 이와 같은 세라믹 필터는 세라믹 필터 그 자체 또는 이들을 집적한 집진기 또는 정화장치가 상기 선박용 엔진, 특히 디젤엔진의 배기가스 라인에 연결되어, 상기 세라믹 필터를 가지는 집진 정화장치가 선박용 엔진의 엔진 배기가스 라인 쪽에 입구 단이 연결되고, 외기 쪽으로 출구 단이 연결되는 구성을 가지도록 한다.

즉, 본 발명의 집진 정화장치는 그 입구 단이 선박용 디젤엔진의 배기가스 출구에 직접적으로 바로 연결된다. 이를 통하여 배기가스의 높은 온도(약 280 내지 300 ℃)를 그대로 유지하여 이를 정화공정에 필요한 고온(SCR공정의 경우 약 350 ℃부근)에 그대로 활용할 수 있고, 엔진구동에 따라 발생하는 진동 및 배기가스의 맥동을 집진 및 정화장치에 그대로 전달하여 세라믹필터 표면에 쌓이는 PM을 털어내는데 손실 없이 그대로 활용할 수 있기 때문이다.

다음으로 본 발명에 적용되는 상기 세라믹 필터는 기공의 크기가 다른 외곽층과 내부층의 이중층 구조로 이루어져, 상기 내부층은 배기가스 정화용 촉매를 담지하고, 상기 외곽층은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작은 구조를 가진다. 즉, 도 7에 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이 세라믹필터는 기공의 크기가 작은 외곽층과 상기 외곽층에 비하여 기공이 큰 내부층으로 이루어져, 외곽층에서 먼저 미세한 PM이 걸러진 배기가스가 내부층으로 유입되고, 내부층은 그 기공이 외곽층에 비하여 크므로 PM이 내부층에 끼여 내부층을 피독시킬 확률이 낮아지고, 대신에 내부층에 존재하는 촉매에 의하여 질소산화물과 같은 오염물질의 제거가 이루어지도록 한다.

상기 촉매의 담지는 아래에 기술한 바와 같은 방법으로 이를 담지시킬 수도 있고, 내부층에 별도의 촉매 레이어를 별도로 구비할 수도 있으며, 이는 세라믹필터와 일체로 이루어질 수도 있고, 분리되는 레이어로 이를 구성할 수도 있음은 물론이다.

바람직하게는 배기가스의 여과 또는 정화에 따라 엔진의 배기가스 배출에 악영향(배압의 상승)을 최소화하여야 하고, 선박용 디젤엔진의 크기 및 배기량에 적응하기 위하여 대형 세라믹 필터가 적용되어져야 하며, 도 1에 도시한 바와 같은 펌프를 필요로 하지 않기 위하여 기공도가 높아야 하므로, 이를 위하여 본 발명에 적용되는 세라믹 필터의 제조방법은 공지의 본 출원인이 개발한 대한민국 특허등록 제690573호와 같은 세라믹 필터 제조방법을 응용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 세라믹 필터는 세라믹 분말 및 정화용 촉매 분말을 포함하는 슬러리를 망상 또는 다공질 구조체로 이루어진 담지체에 담지 시키는 단계; 상기 담지체를 성형하여 건조하는 단계; 상기 성형하여 건조된 담지체를 소결하여 내부층을 형성하는 단계; 및, 상기 소결이 이루어진 소결체의 표면에 세라믹 분말을 포함하는 슬러리를 도포하여 건조 또는 2차 소결하여 외곽층을 형성하는 단계를 통하여 형성되는 것이 바람직하다. 단, 여기서 촉매층을 별도로 분리된 형태로 구성하는 경우에는 세라믹 분말만을 포함하는 슬러리를 망상 또는 다공질 구조체로 이루어진 담지체에 담지하도록 하고, 이후에 촉매 레이어를 결합하도록 할 수 있다.

상기 내용을 보다 구체적으로는 설명하면, 먼저, 세라믹 분말 및 정화용 촉매분말을 포함하는 슬러리를 망상 또는 다공질 구조체(예를 들면 부직포, 직포, 다공질 수지, 스펀지, 그물망, 금속망 등을 포함)로 이루어진 담지체에 담지 시키는 과정을 수행하는데, 여기에 사용되는 슬러리는 대한민국 특허등록 제690573호에 제시되는 제조방법에 의하여 제조되는 슬러리뿐만 아니라, 이로부터 변형할 수 있는 다양한 슬러리가 이에 해당할 수 있고, 이러한 세라믹 분말을 포함하는 슬러리를 준비하고, 이를 상기 기술한 담지체(부직포, 직포, 스펀지, 그물망, 금속망 등)에 담지 시킨다. 상기 부직포, 직포, 스펀지, 그물망, 금속망 등을 포함하는 담지체는 대한민국 특허등록 제690573호에 제시되는 다양한 담지체뿐만 아니라 이로부터 변형할 수 있는 다양한 담지체가 이에 해당할 수 있고, 이와 같은 담지체에 상기 슬러리를 담지 하는 방법으로는 침지, 도포, 스프레이 등의 방법을 통하여 이를 수행할 수 있으며, 바람직하게는 담지 후에 권취부에 감기 전에 선택적으로 일정 수준의 건조 또는 슬러리 빼기 작업(걸어 놓거나, 훑어 내리기 등)을 진행할 수도 있다.

이와 같이 슬러리를 담지 한 담지체는 일정한 형태로 성형 및 건조되는 과정을 수행한다. 여기서 최종적인 세라믹 필터의 형상이 캔들형을 포함한 일단은 개방되고 타단은 막힌 중공의 통형상의 형태(이 경우는 대한민국 특허등록 제607335호의 구성과 같이 개방부에 댐퍼를 추가적으로 더 구성하는 형태일 수 있다.)를 가지는 것이 집진기 또는 정화장치의 구성에 용이하며, 이를 위하여 상기 담지체는 원통 또는 다각기둥(예를 들면 삼각, 사각, 오각, 육각 등) 형태의 구조물인 권취부에 감겨질 수 있으며, 상기 권취부는 원기둥 또는 상하가 막히고 가운데가 빈 원통 또는 상하가 뚫린 중공의 원통이나, 다각기둥 또는 상하가 막히고 가운데가 빈 다각기둥 또는 상하가 뚫린 중공의 다각기둥 등이 이에 적용될 수 있다. 또한 바 람직하게는 상기 담지체를 상기 권취부에 감는 단계에서, 상기 권취부와 담지체 사이에 이형제를 바르거나, 이형지 또는 이형필름을 먼저 감은 후에 상기 담지체를 감을 수 있다. 이는 통상의 이형을 목적으로 하는 제품이 사용될 수 있으며, 이를 통하여 이후의 제작 단계 진행이후에 권취부와 담지체의 분리를 용이하게 하여 확보된 직진성을 훼손하지 않고 권취부로부터 담지체를 분리할 수 있다. 물론 담지체를 분리하지 않고, 담지체가 감긴 상태의 권취부를 그대로 소결하여 세라믹 필터를 제조할 수 있으며, 이 경우에는 필요에 따라 상기 이형제 또는 이형지 관련 공정은 생략할 수 있다.

이와 같은 단계를 지난 상기 담지체가 감긴 상기 권취부는 이후에 상기 권취부로부터 상기 담지체를 분리하는 단계를 거치게 되고, 이 경우에 상기 기술한 이형제 또는 이형지 또는 이형필름을 사이에 가지는 경우에 보다 분리가 용이할 수 있다. 다음으로 이와 같이 상기 분리된 담지체는 소결과정을 통하여 세라믹필터의 내부층으로 완성되게 된다. 상기 소결과정은 본 출원인의 대한민국 특허등록 제690573호에 기술한 바와 같은 방법 내지 이의 다양한 변형 예에 따라서 이를 진행할 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 소결 이전에 추가적인 건조과정을 더 포함할 수도 있다.

여기서 상기 정화용 촉매 분말은 공지의 다양한 배기가스 정화용 촉매 물질이 이에 해당할 수 있으며, 보다 구체적으로는 본 출원인의 대한민국 특허출원 제10-2006-121168호에 기재된 바와 같은 배기가스 정화용 금속산화물 입자를 들 수 있다. 특히 디젤엔진의 경우는 질소산화물의 제거가 필수적이므로 본 발명을 통하 여 NOx를 제거하고 하는 경우에는, 상기 물질은 질소산화물 환원용 촉매, 더욱 구체적으로는 질소산화물 환원용 촉매로 이용되어지는 금속산화물로 이루어진 질소산화물 환원용 촉매가 이에 해당할 수 있다. 상기 정화용 금속산화물 입자의 포함비율은 세라믹 입자 전체에 대하여 1 내지 99 중량% 범위에서 적절히 조정할 수 있다.

이를 통하여 상기 세라믹 필터는 높은 기공도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 그 기공도는 50 내지 90 %인 것이 엔진 배기구의 배압 발생을 최소화할 수 있으므로 좋다. 즉, 이와 같은 상기 선박용 배기가스 정화장치(집진기를 포함하는 의미)는 엔진의 배기구 내의 압력이 높아져 엔진의 배기가스 배출을 방해하여 엔진의 연소효율을 떨어뜨리거나 엔진에 무리를 주는 일이 없어야 하므로, 이를 위하여 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이 종래 집진기의 전단 및 후단에 각각 팬 또는 펌프를 부착하여 엔진 배기구 후단의 압력인 배압을 줄이는 구성을 가지나, 본 발명의 경우에는 배기가스 배출압력만으로 충분한 배출이 이루어지며, 배압의 상승이 현저히 줄어들므로 별도의 펌프나 팬이 불필요하게 되며, 이러한 배출이 더욱 원활하도록 하기 위해서는 본 발명의 선박용 배기가스 정화장치의 초기 차압은 20 ㎜H2O 이하로 설계되어야하고 운전 차압은 20 - 100 ㎜H2O인 것이 바람직하다. 또한 이와 같은 차압을 얻기 위해서는 상기 세라믹필터는 그 기공도가 50 내지 90 % 인 것이 바람직하다.

다음으로 상기 소결이 이루어진 소결체 (내부층)의 표면에 세라믹 분말을 포함하는 슬러리를 도포하여 건조 또는 2차 소결하여 외곽층을 형성하는 단계를 수행 하여 외곽층을 형성한다. 여기서 사용되는 슬러리 내의 세라믹 분말은 상기 외곽층의 기공이 상기 내부층의 기공보다 그 크기가 작기 위해서 보다 미세한 분말을 사용할 수 있으며, 이와 같이 도포된 슬러리는 건조 또는 소결을 통하여 고결된다. 바람직하게는 상기 세라믹 필터의 외곽층은 열전도율이 좋은 SiC로 이루어지는 것이 좋으며, 건조 또는 소결 후의 기공 크기가 2 내지 50 ㎛인 것이 PM을 걸러내기에 적당하여 좋다.

이를 통하여 분진 등의 PM의 여과와 함께 질소산화물 환원과 같은 정화작용을 동시에 수행할 수 있으며, 이러한 필터의 기능은 도 7에 상세히 도시한 바와 같다.

상기와 같은 이중층 세라믹필터를 포함하는 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치의 형태는 통상의 집진설비와 유사한 구성을 가질 수도 있으며, 상기 기술한 바와 같이 대한민국 특허등록 제607335호의 구성을 가질 수도 있으며, 이외의 공지의 다양한 집진설비의 응용형태를 이에 적용할 수 있다. 이에 대한 구체적인 예는 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같다.

즉, 상기 2중층 세라믹 필터를 통하여 세라믹필터의 외곽층에 누적되어지는 PM은 엔진의 진동 및 맥동을 통하여 하우징의 아래로 떨어질 수 있고, 필요에 따라서 도 7에 도시한 바와 같이 역세정을 통하여 제거되어질 수도 있다. 또한 필요에 따라 상기 하우징은 집진 정화장치가 설치되는 선박 본체에 대하여 탄성부재를 사이에 두고 결합하여 엔진의 진동 및 맥동이 집진 정화장치에 잘 전달되고 감쇄되지 않도록 할 수 있다. 즉, 이를 위하여 하우징의 하면에 용수철 스프링으로 배치하 여 선박과 다수의 용수철을 통하여 결합할 수 있도록 할 수 있다.

또한 상기 엔진에 의한 진동 이외에 부가적인 진동이 단속적으로 가끔 필요한 경우를 대비하여, 필요에 따라 상기 하우징의 내부 또는 외부에 세라믹 필터에 진동을 부가하는 별도의 진동 발생장치를 더 부가할 수 있다.

이에 따라 하우징의 하부로 떨어지는 PM은 하우징의 하부에 설치된 발열체와 접촉하게 되고, 상기 발열체의 표면온도는 적어도 디젤엔진의 연소에 따라 발생하는 분진의 발화온도에 해당하도록 제어되므로 PM은 발열체와의 접촉시 연소하여 재로 변하게 된다. 이 과정에서 PM은 원래 PM 중량의 0.03%대의 중량으로 중량이 감소하므로, 하부에 PM의 연소 잔류물이 모이는 양은 극소하게 된다. 여기서 상기 발화온도로의 제어를 위하여 상기 발열체의 발열시 표면온도는 600 내지 800 ℃로 제어하는 것이 좋다.

또한 상기 발열체의 가열을 통하여 NOx 제거를 위한 집진 정화장치의 온도를 제어할 수 있다. 즉, SCR을 위해서는 챔버의 온도가 300 내지 400 ℃, 바람직하게는 350 ℃로 제어되어야 하나, 엔진 배기가스의 온도는 280 내지 300 ℃ 정도이므로 상기 SCR조건을 만족하기 위해서는 추가적인 가열이 요구되어지고, 이를 위하여 발열체의 가동이 요구되어진다. 또한 상기 발열체는 가동시에는 상기 발화점 온도이상이 되어야 하므로 온도 제어는 다수의 발열체 중 가동 발열체의 수를 제어하는 방식으로 이를 제어할 수 있으며, 다수의 발열체 중 일부만 가동되는 경우, 낙하하는 PM의 일부가 발열체에 접촉하지 않을 수도 있으므로 이를 방지하기 위하여 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 하우징의 바닥면은 아래로 좁아지게 기울어진 구성 을 가지고, 이러한 좁아진 바닥지점에 발열체를 집중적으로 배치하여 낙하한 PM이 반드시 발열체와 접촉하도록 하는 것이 좋다.

이와 같은 구성을 통하여 분진을 포함한 PM의 제거 및 질소산화물의 환원이 이루어지고 이를 제어하는 공정도의 일 실시예는 도 8에 도시한 바와 같다. 여기서 집진 정화장치의 발열체를 통한 내부온도 제어과정은 미도시하였으며, 이는 별도의 PLC를 통하여 이를 따로 구성할 수도 있고, 통합 PLC로 이를 구성할 수도 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

도 1은 종래의 선박용 엔진의 배기가스 정화시스템의 개략도를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치의 일 실시예를 적용하는 경우의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화시스템의 개략도를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치의 다른 실시예를 적용하는 경우의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화시스템의 개략도를 도시한 도면이다.

도 4 및 5는 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치의 또 다른 실시예를 적용하는 경우의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화시스템의 개략도로서 입구 단에서 바라본 경우를 도시한 도면이다.(지면의 앞에서 뒤로 배기가스가 인입되어 지면의 뒤쪽으로 배출되는 구성)

도 6은 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치의 또 다른 실시예를 적용하는 경우의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화시스템의 개략도를 도시한 도면이다.(아래에서 배기가스가 인입되어 위로 배출되는 구성)

도 7은 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치에 적용되는 세라믹필터의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치를 적용하여 엔진 배기가스의 탈질 및 제진을 함께 수행하는 공정도를 개략적으로 도시한 도면 이다.

Claims (7)

1. 선반용 디젤 엔진의 배기가스 출구라인 쪽에 입구 단이 연결되고, 외기 쪽으로 출구 단이 연결되어 내부공간을 형성하는 하우징; 상기 입구 단과 출구 단 사이를 격리하여 상기 하우징 내부를 분할하고 상기 입구 단과 출구 단 사이에 배치되는 세라믹 필터; 및, 상기 하우징의 하부에 설치되는 발열체를 포함하여 이루어지고,

   상기 세라믹필터는 기공의 크기가 다른 외곽층과 내부층의 이중층 구조로 이루어져, 상기 내부층은 배기가스 정화용 촉매를 담지하고, 상기 외곽층은 상기 내부층보다 기공의 크기가 작고,

   상기 발열체의 표면온도는 적어도 디젤엔진의 연소에 따라 발생하는 분진의 발화온도인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 세라믹 필터는

   세라믹 분말 및 정화용 촉매 분말을 포함하는 슬러리를 망상 또는 다공질 구조체로 이루어진 담지체에 담지 시키는 단계;

   상기 담지체를 성형하여 건조하는 단계;

   상기 성형하여 건조된 담지체를 소결하여 내부층을 형성하는 단계; 및,

   상기 소결이 이루어진 소결체의 표면에 세라믹 분말을 포함하는 슬러리를 도 포하여 건조 또는 2차 소결하여 외곽층을 형성하는 단계를 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 세라믹 필터의 기공도는 50 내지 90 %인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 세라믹 필터는 일단은 개방되고 타단은 막힌 중공의 통형상이고,

   상기 배기가스 정화용 촉매는 질소산화물 환원용 촉매이고,

   상기 하우징 내부 온도는 상기 발열체의 제어에 따라 300 내지 400 ℃로 제어되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 하우징은 선박 본체와 탄성부재를 사이에 두고 결합하고,

   상기 세라믹 필터의 외곽층은 SiC로 이루어지며, 기공 크기가 2 내지 50 ㎛이고,

   상기 배기가스 정화용 촉매는 금속산화물로 이루어진 질소산화물 환원용 촉매이고,

   상기 발열체의 발열시 표면온도는 600 내지 800 ℃로 제어되는 것을 특징으 로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 하우징의 내부 또는 외부에 세라믹 필터에 진동을 부가하는 별도의 진동 발생장치를 더 부가하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 하우징의 내부 바닥면은 아래로 좁아지게 기울어지고,

   상기 발열체는 상기 좁아진 바닥지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 배기가스의 필터식 집진 정화장치.

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