KR20140041032A - 오토 에어 퍼징 시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요소 공급라인을 클리닝 하는 오토 에어 퍼징시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법에 관한 것으로서, 엔진 배기라인에 요소를 투입하는 요소 공급라인과, 상기 엔진 배기라인에 에어를 공급하는 에어 공급라인, 및 상기 요소 공급라인과 에어 공급라인을 연결하여 에어 공급 경로를 변환시킬 수 있도록 개폐밸브가 구비된 유로변환부를 구비하되, 상기 유로변환부는 제어부가 엔진 정지에 대응하여 상기 요소 공급라인과 에어 공급라인을 차단했을 때, 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 에어가 상기 요소 공급라인으로 투입되어 요소 공급라인을 클리닝 할 수 있도록 함으로써, 엔진 정지시 에어에 의해 요소 공급라인과 인젝션밸브가 클리닝 될 수 있게 하여 클리닝 작업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 함과 동시에 유지보수 비용을 절감할 수 있는 오토 에어 퍼징 시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법에 관한 것이다.

Description

오토 에어 퍼징 시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법{Auto air purging system and air purging method using the same}

본 발명은 요소 공급라인을 클리닝 하는 오토 에어 퍼징시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에어 공급라인을 통해 공급되는 에어가 엔진 정지에 대응하여 요소 공급라인 및 에어 공급라인에 선택적으로 투입되도록 함으로써, 요소 공급라인과 인젝션밸브를 효과적으로 클리닝 시킬 수 있게 한 오토 에어 퍼징 시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진 등이 설치되어 운영되고 있다.

이러한 선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소 산화물인 NOx, 그리고 황산화물인 SOx 등의 유해성 기체상 물질이 포함되어 있다.

따라서 엔진의 배기라인에는 매연여과장치(DPF:Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction), 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.

여기서 선택적 촉매 저감장치인 SCR 촉매(Catalyst)는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다수의 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 암모니아(NH3) 또는 우레아(요소,Urea)를 환원제로 이용하여 무해한 질소와 물로 환원시키는 장치이다.

이하 종래의 SCR 촉매가 구비된 배기라인의 구성을 간략히 설명한다.

도 1은 종래의 배기라인의 구성도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 엔진 배기라인(100)에는 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction)인 SCR 촉매(200)가 설치되고, 일측부에는 에어(air)와 요소(우레아,Urea)를 분사하는 인젝션밸브(injection valve)(150)가 설치된다.

이때 인젝션밸브(150)는 에어 공급라인(300)과 요소 공급라인(400)이 연결된다.

따라서 에어와 요소는 엔진 가동시 에어 공급라인(300)과 요소 공급라인(400)을 통해 배기라인(100) 내에 분사되어 배기가스와 함께 SCR 촉매(200)에 투입되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 요소 공급라인과 에어 공급라인은 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 장시간 사용시 요소 공급라인이 막히는 문제가 자주 발생하기 때문에 이로 인해 요소 투입이 불가능해짐으로써, SCR 촉매에 의해 배기가스의 유해성분이 제거되지 않는 문제점이 있었고, 둘째, 상기와 같이 요소 공급라인이 막히는 경우에는 요소 공급라인의 내부를 청소해주기 위한 별도의 클리닝 장치가 없기 때문에 요소 공급라인 전체를 교체해야 됨으로써, 유지 보수 작업이 번거로울 뿐 아니라 비용 또한 현저히 증가하게 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 정지시 에어 공급라인으로부터 투입되는 에어가 요소 공급라인을 경유하도록 하여 요소 공급라인의 에어 퍼징(air purging)이 가능하도록 함으로써, 요소 공급라인을 효과적으로 클리닝 할 수 있게 하여 유지 보수 작업이 용이할 뿐 아니라, 비용을 절감할 수 있는 오토 에어 퍼징 시스템 및 이를 이용한 에어 퍼징 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진 배기라인에 요소를 투입하는 요소 공급라인과, 상기 엔진 배기라인에 에어를 공급하는 에어 공급라인과, 상기 요소 공급라인과 에어 공급라인을 연결하여 상기 에어 공급 경로를 변환시킬 수 있도록 개폐밸브가 구비되는 유로변환부, 및 상기 요소와 에어 공급을 제어하는 제어부로 구성하되, 상기 유로변환부는 상기 제어부가 상기 엔진 정지에 대응하여 상기 요소 공급라인과 에어 공급라인을 차단했을 때, 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 에어 공급라인의 에어가 상기 요소 공급라인으로 투입되어 요소 공급라인을 클리닝 할 수 있도록 한다.

여기서 상기 유로변환부는 상기 에어 공급라인에 연결되는 감압라인을 더 구비하여 상기 개폐밸브가 차단됐을 때, 상기 에어 공급라인의 에어가 상기 감압라인을 경유하여 우회하도록 한다.

또한 상기 요소 공급라인에는 오토 콘트롤밸브를 구비하되, 상기 오토 콘트롤밸브가 상기 에어 공급라인과 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 오토 에어 퍼징 방법은 엔진 정지시 요소 공급라인과 에어 공급라인에 각각 구비되는 제1,2메인밸브를 차단하여 요소와 에어의 공급을 차단하는 주경로 차단단계와, 상기 주경로 차단단계의 일정 시간 경과 후 상기 에어 공급라인과 요소 공급라인을 연결하는 유로변환부의 연결라인을 일정 시간 개방시켜 상기 에어가 상기 요소 공급라인을 퍼징하도록 하는 에어 퍼징단계와, 상기 에어 퍼징단계의 일정 시간 경과 후 상기 연결라인을 차단하는 에어 퍼징 스톱단계, 및 상기 에어 공급라인의 제2메인밸브를 개방하되, 에어가 상기 유로변환부에 구비되는 감압라인을 경유하여 인젝션밸브를 클리닝 하도록 하는 인젝션밸브 클리닝단계를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 에어 퍼징단계는 상기 주경로 차단단계 3초 경과 후에 상기 유로변환부의 연결라인을 30초간 개방하여 에어 퍼징이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 에어 퍼징 단계는 상기 엔진 정지 매시간당 10초씩 상기 연결라인을 개방하여 에어 퍼징이 반복적으로 이루어지도록 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 에어를 이용하여 요소 공급라인을 자동 클리닝 시킬 수 있게 됨으로써, 요소 공급라인을 교체하지 않고 유지 보수가 가능하게 되어 유지 보수 작업이 용이할 뿐 아니라, 유지 보수 비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 개략적인 배기라인의 구성도,
도 2는 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템의 구성도,
도 3은 엔진 정지시의 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템의 에어 퍼징 흐름도,
도 4는 본 발명의 에어 퍼징 시스템의 인젝션밸브 클리닝 상태의 에어 흐름도,
도 5는 본 발명의 에어 퍼징 방법의 흐름도이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템은 요소 공급라인(60), 에어 공급라인(10), 유로변환부(50), 및 제어부(90)로 구성된다.

여기서 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)은 배기라인(100)에 연결되며, 배기라인(100)에 요소(우레아,urea)와 에어(air)를 각각 공급하게 된다.

한편 엔진의 배기가스가 통과하게 되는 배기라인(100)에는 유해가스 성분제거를 위한 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction)인 SCR 촉매(200)가 설치되고, 이때 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)은 인젝션밸브(Injectiom Valve)(150)를 통해 배기라인(100)에 연결됨으로써, 배기라인(100) 내에 요소와 에어를 분사시키게 되는 것이다.

여기서 에어와 요소는 혼합되어 인젝션밸브(150)를 통해 배기라인(100) 내에 분사되는 것이다.

따라서 엔진 가동시 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)은 요소와 에어를 배기라인(100)의 배기가스에 혼합시키게 되고, 이 혼합가스는 SCR 촉매(200)를 통과하면서 배기가스의 유해 성분이 제거되도록 하는 것이다.

한편 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)에는 유지 보수를 위하여 각각 다수의 메뉴얼밸브(10a,10b,10c,60a,60b,60c)가 설치될 수 있다.

또한 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)에는 요소와 에어의 유로를 개폐시킬 수 있는 제1메인밸브(65)와 제2메인밸브(15)가 각각 설치된다.

여기서 제2메인밸브(15)는 에어 유로의 개폐는 물론 유로의 변환이 가능한 방향 전환 밸브가 설치된다.

한편 유로변환부(50)는 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)을 연결하여 에어 공급 경로를 변환시킬 수 있도록 구비되는 것으로서, 개폐밸브(25)가 구비된 연결라인(20)이 구비되고, 또한 에어 공급라인(10)의 에어를 에어 공급라인(10)상에서 우회시킬 수 있는 감압라인(30)이 구비된다.

여기서 연결라인(20)은 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(60)을 연결시키게 되며, 개폐밸브(25) 외에 복수의 메뉴얼밸브(20a,20b)가 설치될 수 있다.

한편 감압라인(30)은 인젝션밸브(150) 클리닝시 인젝션밸브(150)에 감압된 에어를 공급하기 위해 에어 공급경로를 우회시키는 역할을 하는 것으로서, 도시된 바와 같이, 에어 공급라인(10)의 제1메인밸브(15)에 연결될 수 있으며, 또한 감압밸브(35)와 메뉴얼밸브(30a)가 설치된다.

에어 공급라인(10)으로 공급되는 에어는 통상적으로 7bar의 압력을 가지고 있으며, 이 에어가 감압라인(30)을 통과하게 되면 대략 3bar 정도로 감압되어 인젝션밸브(150)로 투입되는 것이다.

또한 유로변환부(50)에는 요소 공급라인(60)에 구비되어 요소량을 조절하는 오토 콘트롤밸브(62)와 에어 공급라인(10)을 연결하는 보조 연결라인(40)이 더 구비될 수 있다.

한편 요소 공급라인(60)에는 요소의 양을 체크할 수 있는 플로우 체크 미터기(flow check meter)(67)가 설치되는 것이 바람직하다.

여기서 유로변환부(50)는 제어부(90)가 엔진 정지에 대응하여 요소 공급라인(60)과 에어 공급라인(10)을 차단했을 때, 제어부(70)의 신호에 의해 연결라인(20)의 개폐밸브(25)를 개방함으로써, 에어 공급라인(10)의 에어가 요소 공급라인(60)으로 투입되어 요소 공급라인(60)을 클리닝 할 수 있도록 하는 것이다.

이하 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템의 작동을 상세히 설명한다.

도 3은 엔진 정지시의 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템의 에어 퍼징 흐름도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 오토 에어 퍼징 시스템의 인젝션밸브 클리닝 상태의 에어 흐름도를 나타낸 것이다.

통상적으로 선박 운항시에는 엔진이 가동되기 때문에 요소 공급라인(60)의 제1메인밸브(65)와 에어 공급라인(10)의 제2메인밸브(15)는 개방된 상태를 유지하여 에어와 요소를 인젝션밸브(150)를 통해 배기라인(100)에 분사시키게 된다.

그러나 엔진이 정지하게 되면, 제어부(70)는 엔진 정지에 대응하여 제1메인밸브(65)와 제2메인밸브(15)를 차단함으로써, 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(60)의 주경로를 차단하게 되는 것이다.

이때 유로변환부(50)는 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(65)이 차단되면, 일정 시간 경과 후 연결라인(20)의 개폐밸브(25)를 개방하여 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(60)을 연통시킴으로써, 에어가 요소 공급라인(60)을 경유하여 인젝션밸브(150)로 투입되도록 하는 것이다.

따라서 에어는 요소 공급라인(60)의 내부를 퍼징하게 되는 것이다.

이때 유로변환부(50)는 일정 시간 동안 요소 공급라인(60)을 퍼징하게 되며, 에어 퍼징이 완료된 후 개폐밸브(25)를 차단하게 되는 것이다.

또한 요소 공급라인(60)에 설치된 오토 콘트롤밸브(62)를 개방함으로써, 에어가 유로변환부(50)의 보조 여결라인(40)을 통해 오토 콘트롤밸브(62)와 플로우 체크 미터기(67)를 클리닝 하도록 할 수 있을 것이다.

한편 연결라인(20)의 개폐밸브(25)가 차단되면 제2메인밸브(15)는 개방됨과 동시에 에어의 공급경로를 감압라인(30)으로 연결하여 에어가 감압라인(30)을 통과하도록 유도한다.

이때 에어는 감압밸브(35)를 통과하면서 감압되어 인젝션밸브(150)로 진임함으로써, 인젝션밸브(150)를 클리닝 하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 엔진 정지시 에어의 경로를 적절히 변환하여 요소 공급라인(60)과 인젝션밸브(150)를 효과적으로 클리닝 할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 오토 에어 퍼징 방법을 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 오토 에어 퍼징 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 오토 에어 퍼징 방법은 주경로 차단단계(S10), 에어 퍼징단계(S20), 에어 퍼징 스톱단계(S30), 및 인젝션밸브 클리닝단계(S40)로 구성된다.

주경로 차단단계(S10)는 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(60)을 차단하여 에어와 요소의 공급을 차단하는 단계로서, 제어부(70)는 엔진 정지에 대응하여 에어 공급라인(10)의 제2메인밸브(15)와 요소 공급라인(60)의 제1메인밸브(65)를 차단하여 주경로를 차단하는 것이다.

한편 에어 퍼징단계(S20)는 주경로 차단단계(S10)에서 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(60)이 차단된 후, 일정 시간 경과 후 에어 공급라인(10)과 요소 공급라인(60)을 연결하는 연결라인(20)을 일정 시간 개방시켜 에어가 요소 공급라인(6)을 퍼징 하도록 하는 것이다.

이때 주경로 차단단계(S10)에서 대략 3초 경과 후 연결라인(20)의 개폐밸브(25)를 개방함으로써, 에어가 요소 공급라인(60)에 투입되도록 하는 것이 바람직하며, 에어 퍼징은 대략 30초 동안 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 에어 퍼징 스톱 단계(S30)는 에어 퍼징단계(S20)에서 30초 경과후, 연결라인(20)의 개폐밸브(25)를 차단하여 에어의 공급을 차단하는 것이다.

에어 퍼징 스톱단계(S30)에서 에어의 공급이 차단되면, 제어부(70)는 에어 공급라인(10)의 제2메인밸브(15)의 경로를 변환시켜 에어가 유로변환부(50)의 감압라인(30)으로 이동하도록 하는 것이다.

이때 감압라인(30)은 감압밸브(35)를 개방하여 에어가 감압된 후 인젝션밸브(150)로 진입되도록 함으로써, 인젝션밸브(150)를 일정 시간 동안 클리닝 하는 인젝션 클리닝단계(S40)가 진행되도록 하면 되는 것이다.

한편 엔진 정지 상태가 장시간 이루어지는 경우에는 에어 퍼징단계(S20)는 엔진 정지 매시간당 10초씩 연결라인(20)의 개폐밸브(25)를 개방하여 에어 퍼징이 반복적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 인젝션밸브(150) 클리닝도 순차적으로 이루지도록 할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명은 엔진 정지시 에어 공급라인(10)으로부터 투입되는 에어가 요소 공급라인(60)을 경유하도록 하여 요소 공급라인(60)이 에어에 의해 퍼징되도록 함으로써, 요소 공급라인(60)을 효과적으로 자동 클리닝 할 수 있게 되고, 또한 이로 인해 유지 보수 작업이 용이할 뿐 아니라, 비용 또한 현저히 절감할 수 있게 되는 것이다.

이상 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 에어 공급라인 15 : 제2메인밸브
10a,10b,10c,60a,60b,60c : 메뉴얼밸브
20a : 개폐밸브
20 : 연결라인 25 : 개폐밸브
30 : 감압라인 35 : 감압밸브
40 : 보조 연결라인 50 : 유로변환부
60 : 요소 공급라인 62 : 오토 콘트롤밸브
65 : 제1메인밸브
67 : 플로우 체크 미터기
90 : 제어부 100 : 배기라인
150 : 인젝션밸브 200 : SCR 촉매
S10 : 주경로 차단단계
S20 : 에어 퍼징단계
S30 : 에어 퍼징 스톱단계
S40 : 인젝션밸브 클리닝단계

Claims (6)

1. 엔진 배기라인에 요소를 투입하는 요소 공급라인;
   상기 엔진 배기라인에 에어를 공급하는 에어 공급라인;
   상기 요소 공급라인과 에어 공급라인을 연결하여 상기 에어 공급 경로를 변환시킬 수 있도록 개폐밸브가 구비되는 유로변환부; 및
   상기 요소와 에어 공급을 제어하는 제어부;로 구성하되,
   상기 유로변환부는 상기 제어부가 상기 엔진 정지에 대응하여 상기 요소 공급라인과 에어 공급라인을 차단했을 때, 상기 개폐밸브를 개방하여 상기 에어 공급라인의 에어가 상기 요소 공급라인으로 투입되어 요소 공급라인을 클리닝 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오토 에어 퍼징 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유로변환부는 상기 에어 공급라인에 연결되는 감압라인을 더 구비하여 상기 개폐밸브가 차단됐을 때, 상기 에어 공급라인의 에어가 상기 감압라인을 경유하여 우회하도록 하는 것을 특징으로 하는 오토 에어 퍼징 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 요소 공급라인에는 오토 콘트롤밸브를 구비하되, 상기 오토 콘트롤밸브가 상기 에어 공급라인과 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 오토 에어 퍼징 시스템.
4. 엔진 정지시 요소 공급라인과 에어 공급라인에 각각 구비되는 제1,2메인밸브를 차단하여 요소와 에어의 공급을 차단하는 주경로 차단단계;
   상기 주경로 차단단계의 일정 시간 경과 후 상기 에어 공급라인과 요소 공급라인을 연결하는 유로변환부의 연결라인을 일정 시간 개방시켜 상기 에어가 상기 요소 공급라인을 퍼징하도록 하는 에어 퍼징단계;
   상기 에어 퍼징단계의 일정 시간 경과 후 상기 연결라인을 차단하는 에어 퍼징 스톱단계; 및
   상기 에어 공급라인의 제2메인밸브를 개방하되, 에어가 상기 유로변환부에 구비되는 감압라인을 경유하여 인젝션밸브를 클리닝 하도록 하는 인젝션밸브 클리닝단계;
   를 포함하여 구성되는 오토 에어 퍼징 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 에어 퍼징단계는,
   상기 주경로 차단단계 3초 경과 후에 상기 유로변환부의 연결라인을 30초간 개방하여 에어 퍼징이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 오토 에어 퍼징 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 에어 퍼징 단계는 상기 엔진 정지 매시간당 10초씩 상기 연결라인을 개방하여 에어 퍼징이 반복적으로 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오토 에어 퍼징 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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