KR20150024437A - 배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템 - Google Patents

배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템 Download PDF

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KR20150024437A
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exhaust gas
scrubber
exhaust
line
circulation
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KR1020157002673A
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요시히코 토마
켄지 나가마치
타케오 우이
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

배기가스 정화 장치 전체 물량(부피 및 무게)을 줄이고, 이로써 비용 절감을 도모할 수 있는 배기가스 정화 장치를 제공한다. 선박용 주기관(12)으로부터 배출되는 배기가스(14) 중 대기오염물질을 저감 및 제거하는 배기가스 정화 장치(13)에 있어서, 선박용 주기관(12)과 연결되어 해당 선박용 주기관(12)으로부터 배출되는 배기가스(14)를 대기 중으로 배출하기 위한 배기 라인(18)과, 배기 라인(18)으로부터 분기하도록 설치되어 배기 라인(18) 내의 배기가스의 일부를 선박용 주기관(12)에 다시 급기하기 위한 순환 라인(24)과, 배기 라인(18)에 설치되어 대기 중으로 배출되는 배기가스(14)를 정화하는 배기용 스크러버(21)와, 순환 라인(24)에 설치되어 선박용 주기관(12)에 다시 급기되는 배기가스(14)를 정화하는 순환용 스크러버(26)를 구비한다.

Description

배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE AND MARINE ENGINE SYSTEM PROVIDED WITH SAME}
본 발명은, 예를 들면 선박용 주기관인 디젤 엔진 등에 적용되는 배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템에 관한 것이다.
선박용 주기관에서 배출되는 배기가스에 대해서는, 유황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx) 등의 대기오염물질에 관한 배기가스 규제가 강화되는 상황에 있다. 이 때문에, 선박용 주기관에서 배출되는 배기가스 중의 유황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)을 저감 및 제거하는 배기가스 정화 장치가 제공되어 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).
이 배기가스 정화 장치는, 배기가스 세정 장치와 배기가스 재순환 장치를 구비하고 있다. 이 배기가스 세정 장치는, 선박용 주기관의 배기 라인에 설치되어 배기가스의 전량을 세정 처리하도록 되어 있는 것이다. 그리고 배기가스 재순환 장치는, 이 배기가스 세정 장치에 의해 세정된 배기가스의 일부를, 재순환용 배기가스로서 선박용 주기관에 다시 급기하도록 되어 있는 것이다.
이 배기가스 정화 장치에 의하면, 배기가스의 전량을 배기가스 세정 장치에 의해 세정하도록 되어 있으며, 배기가스 중의 유황산화물 및 분립(粉粒)형 물질을, 이 배기가스 세정 장치에 의해 제거할 수 있다.
그리고 배기가스 재순환 장치에 따르면, 공기보다 산소 농도가 낮은 재순환용 배기가스를 선박용 주기관에 다시 급기함으로써 선박용 주기관 내에서의 질소산화물 생성을 억제할 수 있다.
이렇게 하여 유황산화물 및 질소산화물의 함유율이 저감된 배기가스를 대기 중으로 배출할 수 있다.
일본 특허공개 제2012-47056호 공보
하지만, 선박용 주기관에 급기되는 배기가스에 요구되고 있는 정화 레벨(JK)(예를 들어 배기가스에 포함된 유황산화물 및 분립형 물질이 제거되는 정도)은, 대기 중으로 배출되는 배기가스에 요구되고 있는 정화 레벨(JT)(예를 들어 국제조약 등에서 정해진 배출 규제값)보다 높은데도 불구하고, 상기 종래의 배기가스 정화 장치에서는, 대기 중으로 배출되는 배기가스의 정화 레벨(JT)을, 선박용 주기관에 급기되는 배기가스에 요구되고 있는 정화 레벨(JK)까지 끌어올리고 있기 때문에, 그만큼 배기가스 세정 장치의 물량(부피, 무게) 및 비용이 증가하게 된다.
그 때문에, 이와 같은 종래의 배기가스 정화 장치를 선박에 채용하면, 기관실 내의 물량이 증가함으로써 본선 화물 스페이스가 감소하거나 본선 무게가 증가하게 된다. 그 결과, 본선의 적재 중량 톤(화물을 운반할 수 있는 능력)이 감소한다는 문제가 있다.
또한, 배기가스 정화 장치 전체의 물량이 증가하면, 본선이 대형화함으로써 물의 저항이 커지고 연료 소비가 증가한다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 배기가스 정화 장치 전체의 물량(부피 및 무게)을 줄임으로써 비용 절감을 도모할 수 있는 배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 배기가스 정화 장치는, 선박용 주기관으로부터 배출되는 배기가스 중의 대기오염물질을 저감 및 제거하는 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 선박용 주기관과 연결되어 해당 선박용 주기관으로부터 배출되는 배기가스를 대기 중으로 배출하기 위한 배기 라인과, 상기 배기 라인으로부터 분기하도록 설치되어 상기 배기 라인 내의 배기가스의 일부를 상기 선박용 주기관에 다시 급기하기 위한 순환 라인과, 상기 배기 라인에 설치되어 대기 중으로 배출되는 배기가스를 정화하는 배기용 스크러버와, 상기 순환 라인에 설치되어 상기 선박용 주기관에 다시 급기되는 배기가스를 정화하는 순환용 스크러버를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 의하면, 선박용 주기관으로부터 배출되어 배기 라인을 통과하는 배기가스를, 배기용 스크러버에 의해 대기 중으로 배출할 수 있을 정도의 정화 레벨로 정화해서 대기 중으로 배출할 수 있다. 그리고 배기 라인으로부터 분기하는 순환 라인을 통과하는 배기가스를, 순환용 스크러버에 의해 선박용 주기관에 급기할 수 있을 정도의 정화 레벨로 정화해서 선박용 주기관에 급기할 수 있다. 또한, 순환 라인을 통해 공기보다 산소 농도가 낮은 배기가스를 선박용 주기관에 급기함으로써 선박용 주기관 내에서의 질소산화물 생성을 억제할 수 있다. 이로써 대기로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물 농도(함유율)의 감소를 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 순환용 스크러버는, 상기 배기용 스크러버보다 배기가스를 정화하는 레벨이 높은 것으로 하면 좋다.
이 발명은, 선박용 주기관에 급기되는 배기가스에 요구되고 있는 정화 레벨이, 대기 중으로 배출되는 배기가스에 요구되고 있는 정화 레벨보다 높은 점을 감안하여 이루어진 것이다. 따라서 배기용 스크러버는, 배기가스를 대기 중으로 배출할 수 있는 정화 레벨로 정화하여 대기로 배출할 수 있도록 설정할 수 있기 때문에 합리적이다. 그리고 순환용 스크러버는, 배기가스를 선박용 주기관에 급기할 수 있는 정화 레벨로 정화하여 이 선박용 주기관에 급기할 수 있도록 설정할 수 있기 때문에 합리적이다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기용 스크러버는 배기가스 중의 유황산화물을 제거하기 위한 것이며, 상기 순환용 스크러버는 배기가스 중의 유황산화물 및 분립형 물질을 제거하기 위한 것으로 하면 좋다.
이와 같이 구성하면, 배기용 스크러버의 정화 처리 능력을, 예를 들면 대기 중으로 배출하는 것이 허용되고 있는 배기가스 중의 유황산화물의 함유율에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 그리고 순환용 스크러버의 정화 처리 능력을, 예를 들면 선박용 주기관에 급기하기 위해 허용되고 있는 배기가스 중의 유황산화물 및 분립형 물질의 함유율에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 이로써 배기가스 정화 장치 전체로서의 물량(부피 및 무게)의 감소를 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기용 스크러버 및 상기 순환용 스크러버는, 배기가스를 정화하기 위해 순환액을 사용하고, 이 순환액은 순환액조 및 원심분리기에서 정화되고, 이 원심분리기에서 분리된 폐기물은 폐기물조에서 저장되고, 순환액의 pH 조절에는 약제조로부터 공급되는 약제가 사용되며, 상기 순환액조, 상기 원심분리기, 상기 폐기물조, 및 상기 약제조 중 어느 하나 또는 모두가, 상기 배기용 스크러버 및 상기 순환용 스크러버의 양쪽 모두에서 공용되고 있는 것으로 하면 좋다.
이와 같이, 순환액조, 원심분리기, 폐기물조, 및 약제조 중 어느 하나 또는 모두를, 배기용 스크러버 및 순환용 스크러버의 양쪽 모두에서 공용되는 구성으로 함으로써 배기가스 정화 장치 전체로서의 물량(부피 및 무게) 및 비용의 추가 감소를 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기용 스크러버가 상기 배기 라인으로부터 상기 순환 라인이 분기하는 분기부보다 배기가스 흐름의 하류 측에 설치되어 있는 것으로 하면 좋다.
이렇게 하면, 배기용 스크러버는 선박용 주기관으로부터 배출되는 배기가스 중 순환 라인으로 분류하는 순환 배기가스 유량을 뺀 나머지 유량의 배기가스를 정화할 수 있는 정화 처리 능력을 갖추고 있으면 족하므로, 이 배기용 스크러버의 소형화를 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기용 스크러버가 상기 배기 라인에서 상기 순환 라인이 분기하는 분기부보다 배기가스 흐름의 상류 측에 설치되어 있는 것으로 하면 좋다.
이와 같이, 배기용 스크러버에 의해 선박용 주기관에서 배출되는 배기가스의 전량을 정화하도록 하면, 선박용 주기관에 다시 급기되는 배기가스를 배기용 스크러버 및 순환용 스크러버 양쪽 모두를 사용하여 정화할 수 있다. 이로써 순환용 스크러버를 소형화할 수 있으며, 물량 및 비용의 감소를 도모할 수 있다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기용 스크러버 및 상기 순환용 스크러버가 일체형 스크러버로 형성되고, 상기 일체형 스크러버 내에 상기 배기 라인으로부터 상기 순환 라인이 분기하는 분기분가 설치되고, 상기 일체형 스크러버와 상기 순환액조가 서로 공용 순환액 라인으로 연결되어 있는 것으로 하면 좋다.
이와 같이, 배기용 스크러버 및 순환용 스크러버를 구비한 일체형 스크러버가 공용 순환액 라인을 사용하는 구성으로 함으로써 순환액 라인의 단순화를 도모 할 수 있는 동시에, 순환액 라인 내의 순환액의 액량을 전체적으로 줄일 수 있으며, 배기가스 정화 장치 전체로서의 물량과 비용의 추가 감소를 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 선박 기관 시스템은, 본 발명에 따른 배기가스 정화 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 선박 기관 시스템은, 본 발명에 따른 배기가스 정화 장치를 구비하고 있으며, 이 배기가스 정화 장치는, 상기와 같은 작용을 나타낼 수 있다.
이 발명에 따른 배기가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템에 의하면, 대기 중으로 배출되는 배기가스를 배기용 스크러버로 정화하고, 선박용 주기관에 급기되는 배기가스를 순환용 스크러버로 정화하는 구성으로 함으로써, 필요한 정화 레벨, 정화되는 대기오염물질의 종류 및 그 양(부피, 무게), 및 정화되는 배기가스의 양(부피, 무게)에 따라 배기용 스크러버 및 순환용 스크러버 각각의 정화 처리 기능이나 능력을 설정할 수 있다. 이로써 배기가스 정화 장치 전체로서의 물량(부피 및 무게)의 감소를 도모하는 것이 가능하여 배기가스 정화 장치의 비용 절감을 도모할 수 있다.
그리고 배기가스 정화 장치나 선박 기관 시스템을 선박에 채용하면, 그 기관실 내의 물량을 줄일 수 있어, 본선 화물 스페이스를 증가시키거나 본선 무게를 줄일 수 있다. 그 결과, 본선의 적재 중량 톤(화물을 운반할 수 있는 능력)을 증가시킬 수 있다.
또한, 배기가스 정화 장치 전체로서의 물량의 감소를 도모할 수 있기 때문에 본선을 소형화할 수 있다. 이로써 물의 저항을 줄일 수 있으며, 연료 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 이 발명의 제1 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 동 발명의 제2 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 동 발명의 제3 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 4는 동 발명의 제4 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 5는 동 발명의 제5 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템의 제1 실시예를, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 선박 기관 선박 기관 시스템(11)은, 선박용 주기관(12)에 배기가스 정화 장치(13)를 설치한 것이다. 이 배기가스 정화 장치(13)는, 선박 추진용의 선박용 주기관(12)(이하, 간단히 "주기관"이라고 하기도 한다)이 되는 메인 엔진(예를 들어, 디젤 엔진)의 배기가스(14)에 포함된 유황산화물이나 질소산화물 등 대기오염물질(유해물질)을 저감 및 제거하는 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 선박의 기관실 내에는 선박 추진용 주기관(12)이 탑재되고, 이 주기관(12)에서 배출되는 배기가스(14)는 굴뚝으로부터 대기로 배출된다.
주기관(12)은, 복수의 실린더(15)와, 급기 매니폴드(16)와, 배기 매니폴드(17)를 구비하고 있다. 각 실린더(15)의 내부에는, 도시하지 않은 연료 공급 장치에서 공급되는 연료가 분사된다. 이 연료는, 급기 매니폴드(16)에서 공급받는 급기 중의 산소에 의해 실린더(15) 내에서 연소하기 때문에, 주기관(12)에서는, 연료가 보유한 열에너지가 주기관(12)의 출력으로 변환되는 동시에 연소에 의한 배기가스(14)가 생성된다.
각 실린더(15)에서 생성된 배기가스(14)는, 배기 매니폴드(17)에 모인다. 그리고 이 배기 매니폴드(17)에는, 배기 라인(18)이 연결되어 있다. 이 배기 라인(18)은, 배기 매니폴드(17)에 모인 배기가스(14)를, 굴뚝을 통해 대기 중으로 배출하기 위한 것이다. 이 배기 라인(18)에는, 배기 터빈 과급기(19)의 터빈부(20)와 배기용 스크러버(21)가 설치되어 있다.
배기 터빈 과급기(19)는, 배기가스(14)가 보유한 에너지(운동에너지와 열에너지)를 이용하여 터빈부(20)를 고속 회전시키고 그 회전력으로 압축기부(22)를 회전 구동하여 급기(배기가스(14))를 압축하는 장치이다. 한편, 도면 중의 부호 23은, 터빈부(20)와 압축기부(22)를 서로 연결하는 회전축이다.
배기용 스크러버(21)는, 대기 중으로 배출되는 배기가스(14)를 정화하기 위한 것이다. 즉, 이 배기용 스크러버(21)는, 배기가스(14)에 포함된 대기오염물질(유해물질)을 제거하기 위한 장치이다. 이 배기용 스크러버(21)에 의하면, 배기가스(14) 중의 대기오염물질로서의 유황산화물이나 매연 등의 분립형 물질 등을 세정액의 방울이나 액막 안으로 포집하여 분리시킬 수 있다. 이 배기용 스크러버(21)에서 처리하는 배기가스(14)는, 배기 터빈 과급기(19)의 터빈부(20)를 통과한 것이기 때문에 압력이 감소함과 동시에 온도는 약간 감소한 것이 된다. 따라서 배기용 스크러버(21)는, 배기가스(14)에 의한 악영향을 받는 경우가 적고, 높은 신뢰성 및 내구성을 유지할 수 있다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 이 배기 라인(18)에는, 해당 배기 라인(18)에서 분기하도록 순환 라인(24)이 설치되어 있다. 이 순환 라인(24)은, 배기 라인(18) 내의 배기가스(14)의 일부를 주기관(12)에 급기하기 위한 것이다. 이 순환 라인(24)의 배기 라인(18)과 연결되는 측의 일단부는, 분기부(25)로서 형성되고, 이 분기부(25)는 배기 라인(18)에서, 터빈부(20)의 출구와 배기용 스크러버(21)의 입구부 사이에 설치되어 있다. 따라서 배기용 스크러버(21)는, 분기부(25)보다 배기가스(14) 흐름의 하류 측에 설치되어 있다.
그리고 순환 라인(24)의 타단부는, 압축기부(22)의 바로 앞에서 신기(새로운 공기)의 도입구(신규 도입 라인(27))에 연결되어 있다. 따라서 이 순환 라인(24)에 의하여 인도된 배기가스(14)(순환용 배기가스, 이하 "EGR 가스"라고 한다)는, 급기 매니폴드(16)를 통해 각 실린더(15)에 급기된다. 그리고 이 순환 라인(24)에는, 순환용 스크러버(26)와, 배기 터빈 과급기(19)의 압축기부(22)가 설치되어 있다.
순환용 스크러버(26)는, 주기관(12)에 다시 급기되는 EGR 가스(14)를 정화하기 위한 것이다. 즉, 이 순환용 스크러버(26)는, 배기가스(14)에 포함된 주기관(12)에 대해 유해한 물질을 제거하기 위한 장치이다. 이 순환용 스크러버(26)에 의하면, 배기가스(14) 중의 유황산화물이나 분립형 물질 등을 세정액의 방울이나 액막 안으로 포집하여 분리시킬 수 있는 것이다.
또한, 배기 터빈 과급기(19)의 압축기부(22)는, 그 입구부에 EGR 가스(14)와 함께 신기가 도입되고, 이러한 EGR 가스(14) 및 신기를 압축하도록 구성되어 있다. 그리고 이 압축된 EGR 가스(14) 및 신기는, 급기 매니폴드(16)를 통해 각 실린더(15)에 급기된다.
이와 같이, 신기를 EGR 가스(14)에 혼합하고, 이 혼합 가스를 각 실린더(15)에 급기함으로써, 이 혼합 가스 중의 산소 농도를 각 실린더(15)에서의 연소에 적절한 값으로 조절할 수 있다. 이 적절한 연소란, 질소산화물의 생성을 일정 기준 이하로 억제할 수 있는 동시에 일정 기준 이상의 열효율로 동력을 발생하는 연소를 말한다. 한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 순환 라인(24)에는, EGR 가스(14)의 분류 유량을 조절하기 위한 분류 유량 조절 밸브가 설치되어 있다.
다음으로, 도 1에 도시된 순환액 정화 장치(29)에 대해 설명한다. 이 순환액 정화 장치(29)는, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)가 배기가스(14)의 정화를 위해 사용하는 순환액(28)(예를 들면 물)을 정화하기 위한 것이다. 이 순환액 정화 장치(29)는, 순환액조(30), 원심분리기(31), 폐기물조(32), 및 약제조(33)를 구비하고 있다.
이 순환액조(30)는, 제1 순환액 라인(34)(제1 순환액관)을 통해 배기용 스크러버(21)와 연결되어 있으며, 이 제1 순환액 라인(34)은 제1 배액관(35)과 제1 급액관(36)을 가지고 있다. 제1 배액관(35)은 배기용 스크러버(21) 내의 더러워진 순환액(28)을 순환액조(30)로 이송하기 위한 것이며, 제1 급액관(36)은 순환액조(30) 내의 정화된 순환액(28)을 배기용 스크러버(21)로 이송하기 위한 것이다.
그리고 이 순환액조(30)는, 제2 순환액 라인(37)(제2 순환액관)을 통해 순환용 스크러버(26)와 연결되어 있으며, 이 제2 순환액 라인(37)은, 제2 배액관(38) 및 제2 급액관(39)을 가지고 있다. 제2 배액관(38)은 순환용 스크러버(26) 내의 더러워진 순환액(28)을 순환액조(30)로 이송하기 위한 것이며, 제2 급액관(39)은 순환액조(30) 내의 정화된 순환액(28)을 순환용 스크러버(26)로 이송하기 위한 것이다.
또한, 순환액조(30)는, 제3 순환액 라인(40)(제3 순환액관)을 통해 원심분리기(31)와 연결되어 있다. 이 제3 순환액 라인(40)은, 제3 배액관(41)과 제3 급액관(42)을 가지고 있다. 제3 배액관(41)은 순환액조(30) 내의 더러워진 순환액(28)을 원심분리기(31)로 이송하기 위한 것이며, 제3 급액관(42)은 원심분리기(31) 내의 정화된 순환액(28)을 순환액조(30)로 이송하기 위한 것이다.
또한, 원심분리기(31)는 더러워진 순환액(28)을 오물이 제거된 순환액(28)과 폐기물로 분리할 수 있는 것이며, 폐기물 배출관(43)을 통해 폐기물조(32)와 연결되어 있다. 이 폐기물 배출관(43)은 원심분리기(31) 내의 폐기물을 폐기물조(32)로 이송하기 위한 것이다.
그리고 순환액조(30)는 약제 공급관(44)을 통해 약제조(33)와 연결되어 있으며, 이 약제 공급관(44)은 약제조(33) 내의 약제를 순환액조(30)로 공급하기 위한 것이다. 이 약제는 순환액조(30) 내의 정화된 순환액(28)의 pH 조절에 사용되는 것으로서, 예를 들면 가성소다수이다.
그리고 이 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 순환액조(30), 원심분리기(31), 폐기물조(32), 및 약제조(33) 모두가, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)의 양쪽 모두에서 공용되도록 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 순환액 정화 장치(29)에 의하면, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)에서 배기가스(14)의 정화를 위해 사용되어 더러워진 순환액(28)은 순환액조(30) 및 원심분리기(31)에서 정화되고, 이 원심분리기(31)에서 분리된 폐기물은 폐기물조(32)에서 저장되며, 정화된 순환액(28)의 pH 조절에는 약제조(33)로부터 공급되는 약제가 사용된다.
그리고 이와 같이 순환액조(30), 원심분리기(31), 폐기물조(32), 및 약제조(33) 모두를, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)의 양쪽 모두에서 공용되는 구성으로 함으로써 배기가스 정화 장치(13) 전체로서의 물량(부피 및 무게) 및 비용의 절감을 도모할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 배기가스 정화 장치(13) 및 이를 구비한 선박 기관 시스템(11)의 작용을 설명한다. 도 1에 도시된 선박 기관 시스템(11)에 의하면, 선박용 주기관(12)에서 배출되어 배기 라인(18)을 통과하는 배기가스(14)를, 배기용 스크러버(21)에 의해 대기 중으로 배출할 수 있을 정도의 정화 레벨로 정화하여 대기 중으로 배출할 수 있다. 그리고 배기 라인(18)에서 분기하는 순환 라인(24)을 통과하는 EGR 가스(14)를, 순환용 스크러버(26)에 의해 선박용 주기관(12)에 급기할 수 있을 정도의 정화 레벨로 정화하여 선박용 주기관(12)에 급기할 수 있다. 또한, 순환 라인(24)을 통해 신기에 순환 가스를 혼합함으로써 공기보다 산소 농도가 낮은 EGR 가스(14)를 선박용 주기관(12)에 급기함으로써 선박용 주기관(12) 내에서의 질소산화물 생성을 억제할 수 있다. 이로써 대기로 배출되는 배기가스(14) 중의 질소산화물 농도(함유율)의 감소를 도모할 수 있다.
또한, 이 선박 기관 시스템(11)에 의하면, 대기 중으로 배출되는 배기가스(14)를 배기용 스크러버(21)에서 정화하고, 선박용 주기관(12)에 급기되는 배기가스(14)를 순환용 스크러버(26)에서 정화하는 구성으로 함으로써, 필요한 정화 레벨, 정화되는 대기오염물질의 종류 및 그 양(부피, 무게), 및 정화되는 배기가스(14)의 양(부피, 무게)에 따라 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26) 각각의 정화 처리 기능이나 능력을 설정할 수 있다. 이로써 배기가스 정화 장치(13) 전체로서의 물량(부피, 무게)의 감소를 도모할 수 있고, 배기가스 정화 장치(13)의 비용 절감을 도모할 수 있다.
그리고 배기가스 정화 장치(13)를 선박에 채용하면, 그 기관실 내의 물량을 줄일 수 있으므로, 본선 무게를 줄일 수 있다. 그 결과, 본선의 적재 중량 톤(화물을 운반할 수 있는 능력)을 증가시킬 수 있다.
또한, 배기가스 정화 장치(13) 전체로서의 물량의 감소를 도모할 수 있기 때문에 본선을 소형화할 수 있다. 이로써 물의 저항을 줄일 수 있으며, 연료 소비를 줄일 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 순환용 스크러버(26)는, 배기용 스크러버(21)보다 배기가스(14)를 정화하는 레벨이 높은 것이다. 즉, 이 실시예는, 선박용 주기관(12)에 급기되는 EGR 가스(14)(배기가스)에 요구되고 있는 정화 레벨이, 대기 중으로 배출되는 배기가스(14)에 요구되고 있는 정화 레벨보다 높은 점을 감안하여 이루어진 것이다. 따라서 배기용 스크러버(21)는 배기가스(14)를 대기 중으로 배출할 수 있는 정화 레벨로 정화하여 대기로 배출할 수 있도록 설정할 수 있기 때문에 합리적이다. 그리고 순환용 스크러버(26)는 배기가스(14)를 선박용 주기관(12)에 급기할 수 있는 정화 레벨로 정화하여 이 선박용 주기관(12)에 급기할 수 있도록 설정할 수 있기 때문에 합리적이다.
더욱 구체적으로 설명하면, 선박용 주기관(12)에 급기되는 EGR 가스(14)에 요구되고 있는 정화 레벨(JK)(예를 들면 배기가스(14)에 포함된 그을음 등 분립형 물질이 제거되는 정도)은, 대기 중으로 배출되는 배기가스(14)에 요구되고 있는 정화 레벨(JT)보다 높으므로, 도 1에 도시된 배기가스 정화 장치(13)에서는, 대기 중으로 배출되는 배기가스(14)의 정화 레벨(JT)을, 선박용 주기관(12)에 급기되는 EGR 가스(14)에 요구되고 있는 정화 레벨(JK)보다 끌어내리고 있기 때문에, 그만큼 배기가스 정화 장치(13)의 물량(부피, 무게) 및 비용을 줄일 수 있다.
그리고 배기용 스크러버(21)는 배기가스(14) 중의 유황산화물을 주로 제거하기 위한 것이며, 순환용 스크러버(26)는 배기가스(14) 중의 유황산화물 및 분립형 물질을 제거하기 위한 것이다. 이와 같이 구성하면, 배기용 스크러버(21)의 정화 처리 능력을, 예를 들면 대기 중으로 배출하는 것이 허용되고 있는 배기가스(14) 중의 유황산화물의 함유율에 따라 적절히 설정할 수 있다. 그리고 순환용 스크러버(26)의 정화 처리 능력을, 예를 들면 선박용 주기관(12)에 급기하기 위해 허용되고 있는 배기가스(14) 중의 분립형 물질의 함유율에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 이로써 배기가스 정화 장치(13) 전체로서의 물량(부피 및 중량)의 감소를 도모할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기용 스크러버(21)는, 배기 라인(18)에서 순환 라인(24)이 분기하는 분기부(25)보다 배기가스(14) 흐름의 하류 측에 설치되어 있다.
이와 같이 하면, 배기용 스크러버(21)는, 선박용 주기관(12)에서 배출되는 배기가스(14) 중 순환 라인(24)으로 분류하는 EGR 가스 유량(순환 배기가스 유량)을 뺀 나머지 유량의 배기가스(14)를 정화할 수 있는 정화 처리 능력을 갖추고 있으면 족하여, 배기용 스크러버(21)의 소형화를 도모할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제2 실시예를, 도 2를 참조하여 설명한다. 이 도 2에 도시된 제2 실시예의 선박 기관 시스템(46)과, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박 기관 시스템(11)이 다른 점은, 도 1에 도시된 제1 실시예에서는, 배기용 스크러버(21)가 배기 라인(18)에서 순환 라인(24)이 분기하는 분기부(25)보다 배기가스(14) 흐름의 하류 측에 설치된데 비하여, 도 2에 도시된 제2 실시예에서는, 배기용 스크러버(21)가 배기 라인(18)에서 순환 라인(24)이 분기하는 분기부(25)보다 배기가스(14) 흐름의 상류 측에 설치된 점이다.
그 이외는, 제1 실시예와 동등한 구성이며 동일하게 작용하기 때문에 동등 부분을 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 상세한 설명을 생략한다.
이와 같이, 배기용 스크러버(21)에 의해 선박용 주기관(12)에서 배출되는 배기가스(14)의 전량을 정화하도록 하면, 선박용 주기관(12)으로 순환되는 배기가스(14)를 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)의 양쪽 모두를 사용하여 정화할 수 있다. 이로써 순환용 스크러버(26)를 소형화할 수 있으며, 배기가스 정화 장치(13) 전체로서의 물량(부피 및 무게)의 감소를 도모할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제3 실시예를, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시된 제3 실시예의 선박 기관 시스템(48)과, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박 기관 시스템(11)이 다른 점은, 이하에 기재한 점이다.
도 1에 도시된 제1 실시예는, 배기용 스크러버(21)와 순환용 스크러버(26)를 별도로 설치하고, 배기용 스크러버(21)에는 제1 순환액 라인(34)을 설치하는 동시에 순환용 스크러버(26)에는 제2 순환액 라인(37)을 설치한 구성이다.
이에 비해, 도 3에 도시된 제3 실시예에서는, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)가 일체형 스크러버(49)로 형성되고, 이 일체형 스크러버(49)와 순환액조(30)가 서로 공용 순환액 라인(50)으로 연결되며, 이 공용 순환액 라인(50)을 구성하는 공용 배액관(51) 및 공용 급액관(52)에 의해 제1 실시예의 순환액 라인(34,37)과 마찬가지로 순환액(28)이 순환하도록 되어 있다. 또한, 배기가스(14)는, 일체형 스크러버(49)의 내부에서 배기 라인(18)과 순환 라인(24)의 분기부(25)에서 분기하고, 각각의 라인에 필요한 정화 레벨(JT 및 JK)로 정화되도록 되어 있다.
그 이외는, 제1 실시예와 동등한 구성이며 동일하게 작용하기 때문에 동동 부분을 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 상세한 설명을 생략한다.
이와 같이, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)를 구비한 일체형 스크러버(49)가 공용 순환액 라인(50)을 사용하는 구성으로 함으로써 순환액 라인의 단순화를 도모할 수 있는 동시에, 순환액 라인 내의 순환액(28)의 액량을 전체적으로 줄일 수 있으며, 배기가스 정화 장치(48) 전체로서의 물량 및 비용의 추가 감소를 도모할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제4 실시예를, 도 4를 참조하여 설명한다. 이 도 4에 도시된 제4 실시예의 선박 기관 시스템(54)과, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박 기관 시스템(11)이 다른 점은, 이하에 기재한 점이다.
도 1에 도시된 제1 실시예는, 분기부(25)를 배기 라인(18)의 터빈부(20)와 배기용 스크러버(21) 사이에 설치하며, 이 분기부(25)를 통해 오는 배기가스(14)를 순환용 스크러버(26)에서 정화하고, 이 정화 완료된 배기가스(14)를 신기와 함께 압축기부(22)에서 압축하고 그 압축된 혼합 가스를 각 실린더(15)에 급기하는 구성이다.
이에 비해, 도 4에 도시된 제4 실시예에서는, 분기부(25)를 배기 라인(18)의 배기 매니폴드(17)와 터빈부(20) 사이에 설치하며, 이 분기부(25)를 통해 오는 배기가스(14)를 순환용 스크러버(26)에서 정화하고, 이 정화 완료된 배기가스(14)를 따로 설치한 압축기(55)에서 압축하고, 그 압축된 EGR 가스(14)를 각 실린더(15)에 급기하는 구성이다. 그리고 신기는, 압축기부(22)에서 압축되고, 이 압축된 신기는, 정화 완료된 압축된 EGR 가스(14)와 급기 매니폴드(16)에서 합류하여 각 실린더(15)로 급기되는 구성으로 되어 있다.
그 이외는, 제1 실시예와 동등한 구성이며 동일하게 작용하기 때문에 동등 부분을 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 상세한 설명을 생략한다.
상기와 같이 구성된 제4 실시예에 의하면, 신기를 압축하기 위한 압축기부(22)와, EGR 가스(14)를 압축하기 위한 압축기(55)를 별도로 설치한 구성으로 함으로써 압축기부(22)에 EGR 가스(14)를 통과시킬 필요가 없어, 압축기부(22)가 EGR 가스(14)의 영향으로 오물이 부착하여 성능이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제5 실시예를, 도 5를 참조하여 설명한다. 이 도 5에 도시된 제5 실시예의 선박 기관 시스템(57)과, 도 4에 도시된 제4 실시예의 선박 기관 시스템(54)이 다른 점은, 순환액 정화 장치(29)가 다른 점이다.
도 4에 도시된 제4 실시예의 순환액 정화 장치(29)는, 순환액조(30), 원심분리기(31), 폐기물조(32), 및 약제조(33) 모두가, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)의 양쪽 모두에서 공용되도록 구성되어 있다.
이에 비해, 도 5에 도시된 제5 실시예의 순환액 정화 장치(29,29)는, 순환액조(30), 원심분리기(31), 폐기물조(32), 및 약제조(33) 모두를, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26) 각각에 대해 전용으로 설치한 구성으로 되어 있다.
그 이외는, 제1 실시예와 동등한 구성이며 동일하게 작용하기 때문에 동등 부분을 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 상세한 설명을 생략한다.
상기와 같이 구성된 제5 실시예에 의해서도, 상기 각 실시예에서 설명한 바와 같이, 필요한 정화 레벨, 정화되는 대기오염물질의 종류 및 그 양(부피, 무게), 및 정화되는 배기가스(14)의 양(부피, 무게)에 따라 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26) 각각의 정화 처리 기능이나 능력을 설정하는 것이 가능하다. 이로써 배기가스 정화 장치(58)의 스크러버(21,26)의 물량(부피 및 무게) 감소를 도모할 수 있고, 스크러버(21,26)의 비용 절감을 도모할 수 있다.
다만, 상기 실시예에서는, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 순환액조(30), 원심분리기(31), 폐기물조(32), 및 약제조(33) 모두가, 배기용 스크러버(21) 및 순환용 스크러버(26)의 양쪽 모두에서 공용되도록 구성했지만, 이 대신에 이 중 어느 하나가 두 스크러버(21,26)에서 공용되는 구성으로 해도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템은, 배기가스 정화 장치 전체로서의 물량(부피 및 무게)을 줄이고, 이로써 비용 절감을 도모할 수 있는 탁월한 효과가 있고, 이와 같은 배기가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템에 적용하기에 적합하다.
11: 선박 기관 시스템
12: 선박용 주기관
13: 배기가스 정화 장치
14: 배기가스, EGR 가스
15: 실린더
16: 급기 매니폴드
17: 배기 매니폴드
18: 배기 라인
19: 배기 터빈 과급기
20: 터빈부
21: 배기용 스크러버
22: 압축기부
23: 회전축
24: 순환 라인
25: 분기부
26: 순환용 스크러버
27: 신기 도입 라인
28: 순환액
29: 순환액 정화 장치
30: 순환액조
31: 원심분리기
32: 폐기물조
33: 약제조
34: 제1 순환액 라인
35: 제1 배액관
36: 제1 급액관
37: 제2 순환액 라인
38: 제2 배액관
39: 제2 급액관
40: 제3 순환액 라인
41: 제3 배액관
42: 제3 급액관
43: 폐기물 배출관
44: 약제 공급관
46,48: 선박 기관 시스템
49: 일체형 스크러버
50: 공용 순환액 라인
51: 공용 배액관
52: 공용 급액관
54: 선박 기관 시스템
55: 압축기
57: 선박 기관 시스템
58: 배기가스 정화 장치

Claims (8)

  1. 선박용 주기관으로부터 배출되는 배기가스 중의 대기오염물질을 저감 및 제거하는 배기가스 정화 장치에 있어서,
    상기 선박용 주기관과 연결되어 해당 선박용 주기관으로부터 배출되는 배기가스를 대기 중으로 배출하기 위한 배기 라인과,
    상기 배기 라인으로부터 분기하도록 설치되어 상기 배기 라인 내의 배기가스의 일부를 상기 선박용 주기관에 다시 급기하기 위한 순환 라인과,
    상기 배기 라인에 설치되어 대기 중으로 배출되는 배기가스를 정화하는 배기용 스크러버와,
    상기 순환 라인에 설치되어 상기 선박용 주기관에 다시 급기되는 배기가스를 정화하는 순환용 스크러버를 구비한 것을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환용 스크러버는, 상기 배기용 스크러버보다 배기가스를 정화하는 레벨이 높은 것임을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기용 스크러버는, 배기가스 중의 유황산화물을 제거하기 위한 것이며,
    상기 순환용 스크러버는, 배기가스 중의 유황산화물 및 분립형 물질을 제거하기 위한 것임을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기용 스크러버 및 상기 순환용 스크러버는, 배기가스를 정화하기 위해 순환액을 사용하고, 이 순환액은 순환액조 및 원심분리기에서 정화되고, 이 원심분리기에서 분리된 폐기물은 폐기물조에서 저장되고, 순환액의 pH 조절에는 약제조로부터 공급되는 약제가 사용되며,
    상기 순환액조, 상기 원심분리기, 상기 폐기물조, 및 상기 약제조 중 어느 하나 또는 모두가, 상기 배기용 스크러버 및 상기 순환용 스크러버의 양쪽 모두에서 공용되고 있는 것을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기용 스크러버는, 상기 배기 라인으로부터 상기 순환 라인이 분기하는 분기부보다 배기가스 흐름의 하류 측에 설치되어 있는 것을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기용 스크러버는, 상기 배기 라인으로부터 상기 순환 라인이 분기하는 분기부보다 배기가스 흐름의 상류 측에 설치되어 있는 것을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기용 스크러버 및 상기 순환용 스크러버가 일체형 스크러버로 형성되고, 상기 일체형 스크러버 내에 상기 배기 라인으로부터 상기 순환 라인이 분기하는 분기분가 설치되고, 상기 일체형 스크러버와 상기 순환액조가 서로 공용 순환액 라인으로 연결되어 있는 것을 특징으로 배기가스 정화 장치.
  8. 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 배기가스 정화 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 선박 기관 시스템.
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