KR20150056767A - 배기가스 탈초장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 원통모양의 반응용기(11)내에 분리벽(14)을 사이에 두고 중공부(15)를 축심(Ｏ)방향을 따라 형성하고, 중공부(15)를 제외한 반응용기(11)내를 반응실(20)로 하고, 반응실(20)에 촉매 엘리먼트가 수납된 복수의 촉매유닛에 의하여 조립된 유닛군(30)을 설치하고, 유닛군(30)의 외주부를 반응용기(11)의 몸통부(11B)에 대략 내접하는 정8각형의 부분 외측면으로 구성함과 아울러, 당해 유닛군(30)의 외주부에 있어서 정사각형 단면 및 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)의 각 변에 의하여 구성되는 외측면에 대하여 소정의 각도를 구비하는 경사면을 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 외면으로 구성하였다. 이에 따라 촉매 엘리먼트를 이형 단면의 반응실(20)에 충분한 충전 면적율로 설치할 수 있다.

Description

배기가스 탈초장치{EXHAUST GAS DENITRATION DEVICE}
본 발명은, 리시프러케이팅 엔진(reciprocating engine)으로부터 배출되는 배기가스를 탈초처리(脫硝處理)하는 배기가스 탈초장치(排氣gas 脫硝裝置)에 관한 것이다.
종래로부터 예를 들면 디젤엔진(diesel engine)에 있어서 압력이 높은 배기계(排氣系)에 설치되는 탈초장치에는, 내압성(耐壓性)이 높은 원통모양의 반응용기(反應容器)가 설치된다. 예를 들면 특허문헌1의 반응용기에서는, 세라믹 시트(ceramic sheet)를 원통형으로 감아 촉매 엘리먼트(觸媒 element)를 형성하고, 원통모양의 반응용기내에 삽입하기 쉽도록 이 촉매 엘리먼트를 반경방향을 따라 부채꼴 단면(sector 斷面)으로 분할하여 원기둥모양으로 조합시킨 것이 사용되고 있다.
여기에서 리시프러케이팅 엔진이란 것은, 왕복 구동되는 피스톤(piston)을 구비하는 디젤엔진이나 가솔린엔진(gasoline engine)을 포함하는 것으로 한다.
특허문헌1 : 일본국 공개특허 특개평07-24259호 공보
상기한 종래의 구성에서는, 반응기(反應器)와 대략 동일한 크기가 되도록 세라믹스 시트를 원통모양으로 감아 촉매 엘리먼트를 형성했을 경우에, 촉매 엘리먼트가 대형화(大型化)되기 때문에, 그 절단장치가 대형이 된다는 문제가 있다. 또한 선박용 등의 대형 디젤엔진의 배기가스 탈초장치에 사용하는 경우에, 단지 분할된 엘리먼트를 용기에 조립하는 것만으로는 엔진의 진동에 대한 내구성(耐久性)에 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하여, 촉매 엘리먼트를 소형화(小型化)할 수 있어 반응용기내의 중공부(中空部)를 구비하는 이형(異形)의 단면공간(斷面空間)에도 충분한 충전 면적율(充塡 面積率)로 설치할 수 있으며, 또한 충분한 강도(强度)를 얻을 수 있어 진동 등에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 배기가스 탈초장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 청구항1에 기재되어 있는 발명은,
리시프러케이팅 엔진으로부터 배출된 배기가스가 유입되는 반응용기내에 촉매 엘리먼트를 설치한 배기가스 탈초장치로서,
상기 반응용기를 원통모양으로 형성하고,
상기 반응용기내에, 중공부와 반응실을 분리벽을 사이에 두고 당해 반응용기의 축심방향으로 형성하고,
상기 반응실에, 복수의 촉매유닛이 조립된 유닛군을 설치하고,
상기 촉매유닛은, 횡단면의 형상이 적어도 정사각형 단면, 직사각형 단면 및 사다리꼴 단면을 이루도록 형성됨과 아울러 그 내부에 촉매 엘리먼트가 수납되고,
상기 유닛군의 외주부가, 상기 반응용기의 몸통부에 대략 내접하는 다각기둥의 외측면 또는 다각기둥의 부분 외측면으로 구성됨과 아울러, 정사각형 단면 또는/및 직사각형 단면의 촉매유닛의 변을 형성하는 면과 사다리꼴 단면의 촉매유닛의 빗변을 형성하는 면에 의하여 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항2에 기재되어 있는 발명은,
청구항1에 기재되어 있는 배기가스 탈초장치로서,
상기 중공부를 원기둥모양으로 형성함과 아울러, 상기 분리벽을 당해중공부에 대략 외접하는 다각통 또는 부분 다각통 모양으로 형성하고,
상기 유닛군에 있어서 상기 분리벽에 외부에서 결합되는 내주부가, 다각통 또는 부분 다각통으로 형성됨과 아울러, 정사각형 단면 또는/및 직사각형 단면의 촉매유닛의 변을 형성하는 면과 사다리꼴 단면의 촉매유닛의 빗변을 형성하는 면으로 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항3에 기재되어 있는 발명은,
청구항1 또는 2에 기재되어 있는 배기가스 탈초장치로서,
중공부는, 반응용기의 축심으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 편심위치에 배치됨과 아울러 몸통부에 면(접)하여 형성된 것을 특징으로 한다.
청구항4에 기재되어 있는 발명은,
청구항1 내지 3의 어느 하나에 기재된 배기가스 탈초장치로서,
촉매유닛은, 수납 프레임체내에 벌집모양의 촉매 엘리먼트가 적층되어서 수납됨과 아울러, 수납 프레임체의 전후에 형성된 전측 안내부와 후측 안내부가 결합되어 배기가스의 이송방향으로 복수개가 접속되고,
유닛군은, 수납 프레임체의 각 측면이 서로 접하도록 하여 조립된 것을 특징으로 한다.
청구항5에 기재되어 있는 발명은,
청구항1 내지 4의 어느 하나에 기재된 배기가스 탈초장치로서,
중공부는, 리시프러케이팅 엔진의 배기가스가 유입되는 배기 리시버 탱크, 배기가스중으로 환원제가 분사되는 증발실, 배기가스와 환원제의 혼합가스를 혼합·교반하는 혼합실, 열교환부, 단수 또는 복수의 가스를 이송하는 가스통로가 선택적으로 배치된 것을 특징으로 한다.
청구항1에 기재되어 있는 발명에 의하면, 정사각형 단면, 직사각형 단면, 사다리꼴 단면으로 형성된 복수의 촉매유닛에 촉매 엘리먼트를 각각 수납하고, 이들 촉매유닛을 반응용기내에서 중공부를 제외한 이형의 반응실에 조립하여 유닛군을 형성한다. 이 유닛군의 외주부를 반응용기의 몸통부에 대략 내접하는 다각형 또는 부분 다각형으로 하고, 이 다각형이 경사지는 빗변부분을 사다리꼴 단면의 촉매유닛의 빗변을 형성하는 면으로 형성한다. 이에 따라 몸통부에 대략 내접하는 다각형의 유닛군을 통하여 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트를 설치할 수 있다. 또한 촉매 엘리먼트가 촉매유닛내에 수납되어 있기 때문에, 충분한 강도를 얻을 수 있어 선박 등에 설치하였을 경우의 진동 등에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
청구항2에 기재되어 있는 발명에 의하면, 분리벽을 중공부에 대략 외접하는 다각통 또는 부분 다각통으로 형성함과 아울러, 유닛군의 내주부를 이 분리벽에 외부에서 결합되는 서로 닮은 모양의 다각통 또는 부분 다각통의 외측면으로 형성하고, 직사각형 단면 및 정사각형 단면의 촉매유닛의 외면에 대하여 경사지는 경사면을 사다리꼴 단면의 촉매유닛의 빗변을 형성하는 면으로 구성했기 때문에, 다각형의 유닛군을 통하여 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트를 설치할 수 있다.
청구항3에 기재되어 있는 발명에 의하면, 중공부를 몸통부에 접하여 설치함으로써, 중공부에 대하여 배기가스나 열교환 유체(熱交換 流體), 약제(藥劑) 등의 공급이나 배출을 용이하게 할 수 있어 중공부의 이용의 자유도를 확장할 수 있다.
청구항4에 기재되어 있는 발명에 의하면, 촉매유닛을 전후방향으로 접속함으로써 유닛군의 크기를 임의로 설정할 수 있다. 또한 촉매유닛을 접하여 조립함으로써 충분한 강도와 내구성을 확보할 수 있다.
청구항5에 기재되어 있는 발명에 의하면, 반응용기의 중공부에 배기 리시버 탱크, 증발실, 혼합실, 열교환부, 가스통로를 선택적으로 배치함으로써, 반응용기내에 배기가스 탈초장치의 구성부를 집약할 수 있어 컴팩트화를 도모할 수 있다.
[도1] 본 발명에 관한 배기가스 탈초장치의 실시예1을 나타내는, 반응용기의 횡단면도이다.
[도2] 반응용기의 개략적인 부분 사시도이다.
[도3] 배기가스 탈초장치의 구성도이다.
[도4] 정사각형 단면의 촉매유닛을 나타내는 사시도이다.
[도5] 직사각형 단면의 촉매유닛을 나타내는 사시도이다.
[도6] 사다리꼴 단면의 촉매유닛을 나타내는 사시도이다.
[도7] 유닛군의 조립구조를 나타내는, 평면에서 볼 때의 단면도이다.
[도8] 본 발명에 관한 배기가스 탈초장치의 실시예2를 나타내는, 반응용기의 횡단면도이다.
[도9] 반응용기의 구성도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
[실시예1]
본 발명에 관한 배기가스 탈초장치(排氣gas 脫硝裝置)의 실시예1을 도1∼도7을 참조하여 설명한다. 이 배기가스 탈초장치는, 예를 들면 선박용의 대형 디젤엔진(大型 diesel engine)의 배기가스경로에 설치되는 것으로서, 도3에 나타나 있는 바와 같이 디젤엔진(10)과, 본 발명에 관한 반응용기(反應容器)(11)와, 디젤엔진(10)의 배기가스에 의하여 구동되는 과급기(過給機)(12)와, 과급기(12)에 의하여 압축된 연소공기(燃燒空氣)를 일단 저장하여 디젤엔진(10)으로 공급하는 소기 리시버 탱크(掃氣 receiver tank)(13)를 구비하고 있다.
(반응용기)
상기의 반응용기(11)는, 원통모양의 몸통부(11B)와, 몸통부(11B)의 일단측(一端側) 및 타단측(他端側)을 각각 폐쇄하는 만곡(彎曲) 모양의 단판(端板)(11L, 11R)에 의하여 형성된 횡렬배치 원통모양의 내압용기(耐壓容器)이다. 이 반응용기(11)는, 용기축심(容器軸心)(Ｏ)으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 편심축심(偏心軸心)(Ｏｅ)을 중심으로 하는 반경(半徑)(R)으로 중공원호부(中空圓弧部)(Ｃｓ)를 따라 기둥모양의 중공부(中空部)(15)를 확보할 수 있으며 또한 중공부(15)가 몸통부(11B)에 면(面)(접(接))하도록 형성되어 있다. 그리고 이 중공부(15)에 대략 외접하는 부분 다각통(部分 多角筒) 모양의 분리벽(分離壁)(14)이 설치되고, 이 분리벽(14)에 의하여 중공부(15)와 반응실(反應室)(20)이 구획(區劃)되어 있다.
상기의 중공부(15)는, 길이방향의 중앙부(中央部)가 배기 리시버 탱크(排氣 receiver tank)(16)에 형성되고, 배기 리시버 탱크(16)의 일단측에 배기 리시버 탱크(16)에 연속하는 증발실(蒸發室)(17)이 형성되어 있다. 또한 배기 리시버 탱크(16)의 타단측에, 반응실(20)과 통하는 연통부(連通部)(22)가 형성되어 있다.
도2에 나타나 있는 바와 같이 배기 리시버 탱크(16)에 대응하는 몸통부(11B)에 복수의 배기가스 입구(19)가 형성되어 있다. 이들 배기가스 입구(19)에, 디젤엔진(10)의 연소실(燃燒室)로부터 배기가스를 배출하는 배기가스관이 접속된다. 증발실(17)은, 배기 리시버 탱크(16)로부터 유입된 배기가스중으로 환원제(還元劑)인 요소수(尿素水)(또는 암모니아수(ammonia水))를 분출하는 스프레이 노즐(spray nozzle)(18)이 단판(11L)을 관통(貫通)하여 설치되어 있다. 또한 한편 탈초처리(脫硝處理)하지 않고 배기가스를 배출하는 미처리가스 출구(未處理gas 出口)(21)가 형성되어 있다.
연통부(22)는, 배기 리시버 탱크(16)를 횡단면(橫斷面)을 따라 차폐하는 구획벽(區劃壁)(23)과, 분리벽(14)과 타단의 단판(11R) 사이에 형성되는 중간통로부(中間通路部)(24)와, 구획벽(23)에 형성된 가스출구 개구부(gas出口 開口部)(25)를 구비하고 있다. 또 가상선(假想線)으로 나타나 있는 바와 같이, 이 가스출구 개구부(25)를 개폐하는 환원가스 출구밸브(還元gas 出口valve)(26)를 설치하고, 구획벽(23)에 반응실(20)과 배기 리시버 탱크(16)의 압력을 균등하게 유지시키는 조압구(調壓口)(27)를 형성하더라도 좋다.
분리벽(14)은, 편심축심(Ｏｅ)을 중심으로 하는 원호모양으로 형성되고, 도면에는 나타내지 않았지만 열응력(熱應力)을 흡수하기 위하여 소정의 간격을 둔 2중벽(2重壁)에 의하여 구성되어 있다.
(유닛군(unit群))
도1에 나타나 있는 바와 같이 반응실(20)에는, 복수의 촉매유닛(觸媒unit)(30A∼30C)이 적층(積層)되어 조립된 유닛군(30)이 설치되어 있다. 이들 각 촉매유닛(30A∼30C)에는, 벌집모양의 촉매 엘리먼트(觸媒 element)(32)가 적층되어 충전(充塡)되어 있다.
촉매유닛(30A∼30C)은, 적어도 도4에 나타내는 정사각형 단면(Square 斷面)의 촉매유닛(30A)과, 도5에 나타내는 직사각형 단면의 촉매유닛(30B)과, 도6에 나타내는 사다리꼴(직각사다리꼴) 단면의 촉매유닛(30C)을 구비하고 있다. 이들 촉매유닛(30A∼30C)은, 횡단면에서 볼 때에 상하방향으로 적층됨과 아울러 좌우방향으로 나란하게 설치되고 또한 용기축심(Ｏ)을 따라 전후방향으로 동일한 단면의 것이 접속되어 있다. 그리고 전방(前方)으로부터 유입된 배기가스를 후방(後方)의 촉매유닛(30A∼30C)으로 송출함과 아울러 후방 좌우에 배치된 촉매유닛(30A∼30C)으로도 확산시켜서 송출하도록 구성되어 있다.
상기 3개의 단면형상의 촉매유닛(30A∼30C)은, 단면형상 이외에는 동일한 구조이다. 즉 도4∼도6에 나타나 있는 바와 같이, 각 촉매유닛(30A∼30C)은 촉매 엘리먼트(32)를 수납한 수납 프레임체(收納 frame體)(31A∼31C)로 이루어지고, 이들 수납 프레임체(31A∼31C)는 각 단면형상으로 형성된 본체부(本體部)(33A∼33C)와, 본체부(33A∼33C)로부터 전방으로 돌출됨과 아울러 본체부(33A∼33C)의 구경(口徑)(대각선의 길이를 말한다)보다 작게 형성된 전측 안내부(前側 案內部)(34A∼34C)와, 본체부(33A∼33C)로부터 후방으로 돌출됨과 아울러 본체부(33A∼33C)의 구경(대각선의 길이를 말한다)보다 작게 형성되고 또한 전측 안내부(34A∼34C)와 외부에서 결합가능한 후측 안내부(後側 案內部)(35A∼35C)로 구성되어 있다.
상기의 본체부(33A∼33C)는, 앞부분 공간을 남겨두고 촉매 엘리먼트(32)가 충전되어 있다. 그리고 앞부분 공간을 둘러싸는 4개의 측벽부(側壁部)에, 배기가스를 확산시키는 제1절단구멍(第1 notch hole)(33a)이 형성되어 있다. 또한 충전된 촉매 엘리먼트(32)에 대응하여 서로 대향(對向)하는 2개의 측벽에, 중량을 경감시키기 위한 복수의 제2절단구멍(33b)이 각각 형성되어 있다. 이들 제2절단구멍(33b)에, 촉매 엘리먼트(32)의 표면을 덮어 보호함과 아울러 촉매 엘리먼트(32)를 협지(挾持)하는 완충재(緩衝材)(예를 들면 세라믹 페이퍼(ceramic paper) 등의 개스킷 재료(gasket 材料)(37))가 설치되어 있다.
상기의 전측 안내부(34A∼34C)는, 본체부(33A∼33C)의 전단부(前端部)로부터 절두체(截頭體) 둘레면 모양의 경사 접속부(傾斜 接續部)(34b)를 통하여 곧은 통모양의 플랜지부(flange部)(34a)가 설치되어 있다. 또한 상기 후측 안내부(35A∼35C)는, 본체부(33A∼33C)의 후단부(後端部)로부터 절두체 둘레면 모양의 경사 접속부(35b)를 통하여 전측 안내부(34A∼34C)의 플랜지부(34a)와 외부에서 결합가능한 곧은 통모양의 플랜지부(35a)가 설치되어 있다. 또한 이 플랜지부(35a)에, 전측 안내부(34A∼34C)를 안내하기 위하여 뒷부분만큼 확장된 확대 안내부(擴大 案內部)(35c)가 형성되어 있다.
도7에 나타나 있는 바와 같이 전방에 배치되는 촉매유닛(30A∼30C)의 후측 안내부(35A∼35C)가, 후방에 배치되는 촉매유닛(30A∼30C)의 전측 안내부(34A∼34C)와 외부에서 결합되어, 동일한 단면형상의 촉매유닛(30A∼30C)이 전후방향으로 복수개 접속된다. 또한 동일한 형상 또는 단면형상이 서로 다른 촉매유닛(30A∼30C)의 본체부(33A∼33C)의 측벽 전체면이 서로 접하도록 상하방향, 폭방향으로 결합되어 유닛군(30)이 조립된다.
따라서 전방으로부터 앞부분의 촉매유닛(30A∼30C)으로 유입된 배기가스는, 뒷부분의 촉매유닛(30A∼30C)으로 유입됨과 아울러 제1절단구멍(33a)을 통하여 후방 좌우에 인접하는 촉매유닛(30A∼30C)으로도 유입되어 확산됨으로써 반응효율(反應效率)을 향상시킬 수 있다.
이 유닛군(30)은, 몸통부(11B)와의 사이에 복수의 외주 지지구(外周 支持具)(36)에 의하여 신축 가능하게 지지되고, 도면에는 나타내지 않았지만 앞부분에 배치된 고정구(固定具)와, 가압구(加壓具)에 의하여 용기축심(Ｏ) 방향으로 위치결정되어 있다.
또한 도1 및 도2에 나타나 있는 바와 같이 유닛군(30)의 외주부(外周部)가, 반응용기(11)의 몸통부(11B)에 대략 내접(內接)하는 정8각형(다각형(多角形))의 부분 외측부(部分 外側部)에 의하여 형성되어 있다. 그리고 당해 외측부는, 정사각형 단면 및 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)의 각 변(邊)을 형성하는 면(도면에서는 수평면 및 연직면)과, 이들 면에 대하여 소정의 경사각을 구비하는 경사면이 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면으로 구성되어 있다. 이와 같이 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면을 정8각형의 경사면으로 한 유닛군(30)에 의하여 몸통부(11B)에 대략 내접하는 다각형을 용이하게 형성할 수 있어, 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트(32)를 촉매유닛(30A∼30C)을 통하여 반응실(20)내에 설치할 수 있다. 이것은 정사각형 단면이나 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)만을 조합시켜 빗변을 계단모양으로 형성하는 것과 비교하여 충전 면적율을 더 향상시킬 수 있다.
유닛군(30)의 외주부와 마찬가지로 원호모양의 분리벽(14)에 대응하는 내주부(內周部)가, 분리벽(14)에 대략 외접하는 정8각형(다각형)의 부분 외주면(部分 外周面)에 의하여 형성되어 있다. 그리고 당해 내주부는, 정사각형 단면 및 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)의 각 변을 형성하는 면(도면에서는 수평방향 및 연직방향)과, 이들 면에 대하여 소정의 경사각을 구비하는 경사면이 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면으로 구성되어 있다. 이에 따라 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)을 구비하는 유닛군(30)에 의하여 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트(32)를 반응실(20)내에 설치할 수 있다.
여기에서 유닛군(30)의 외주부 및 내주부를 정8각형의 부분으로 구성하였지만, 정8각형에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 6각형으로부터 12각형 이상에 달하는 반응용기(11)의 크기에 맞게 선택할 수 있다. 또한 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)을 직각사다리꼴로 했지만, 다른 사다리꼴 단면이더라도 좋다. 또한 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 바꾸어, 직각삼각형 단면의 촉매유닛의 빗변을 사용할 수도 있다.
(배기가스 탈초장치)
반응용기(11)의 탈초가스 출구(脫硝gas 出口)(28)에 탈초가스 배출관(脫硝gas 排出管)(41)이 접속되고, 미처리가스 출구(21)와 과급기(12)의 터빈부(turbine部)(12T)의 가스입구 사이에 바이패스관(bypass管)(42)이 접속되어 있다. 그리고 상기 탈초가스 배출관(41)이 바이패스관(42)의 출구 근방에 접속되어 있다. 또한 탈초가스 배출관(41)의 출구 근방에, 탈초가스를 온-오프 하는 탈초가스 출구밸브(脫硝gas 出口valve)(43)가 삽입되어 있다. 또한 바이패스관(42)의 입구 근방에, 과급기(12)의 터빈부(12T)로 유입되는 배기가스를 미처리 배기가스이거나 탈초가 끝난 배기가스로 절환 가능한 배기가스 절환밸브(排氣gas 切換valve)(44)가 삽입되어 있다.
과급기(12)의 터빈부(12T)의 출구는, 배기가스를 배출하는 굴뚝에 접속되어 있다. 컴프레서부(compressor部)(12C)의 입구에는, 필터(filter)(45)를 통하여 대기(大氣)를 흡인하는 흡입관(吸入管)(46)이 접속되어 있다. 또한 컴프레서부(12C)의 출구로부터 소기 리시버 탱크(13)에, 에어 쿨러(air cooler)(47)를 구비한 압축 에어 공급관(壓縮 air 供給管)(48)이 접속되어 있다. 또한 소기 리시버 탱크(13)와 디젤엔진(10)의 연소실 사이에, 압축된 연소공기를 공급하는 소기관(掃氣管)(49)이 접속되어 있다.
따라서 디젤엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 탈초처리하는 경우에, 탈초가스 출구밸브(43)를 조작하여 탈초가스 배출관(41)을 개방하고, 배기가스 절환밸브(44)를 조작하여 바이패스관(42)을 닫는다. 그리고 증발실(17)에서는, 스프레이 노즐(18)로부터 환원제인 요소수가 배기가스중으로 분사되고, 이 배기가스가 연통부(22)를 통하여 반응실(20)로 유입된다. 그리고 배기가스가 촉매유닛(30A∼30Ｃ)내의 촉매 엘리먼트(32)와 접촉되어 탈초처리된다. 또한 탈초처리된 배기가스가 탈초가스 출구(28)로부터 탈초가스 배출관(41)을 통하여 과급기(12)의 터빈부(12T)로 유입되고, 배기가스는 과급기(12)를 구동시킨 후에 굴뚝을 통하여 배출된다. 또한 대기가 필터(45)를 통하여 흡입관(46)으로부터 컴프레서부(12C)로 유입되어서 압축되고, 압축된 연소공기는 압축 에어 공급관(48)에서 에어 쿨러(47)에 의하여 냉각된 후에 소기 리시버 탱크(13)로 유입된다. 또한 이 연소공기는, 소기 리시버 탱크(13)로부터 소기관(49)을 통하여 디젤엔진(10)의 각 연소실로 공급된다.
또한 디젤엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 탈초처리하지 않을 경우에, 탈초가스 출구밸브(43)를 조작하여 탈초가스 배출관(41)을 폐쇄하고, 배기가스 절환밸브(44)를 조작하여 바이패스관(42)을 연다. 그리고 스프레이 노즐(18)로부터의 요소수의 분사를 정지한다. 이에 따라 배기 리시버 탱크(16)로 유입된 배기가스가, 미처리가스 출구(21)로부터 바이패스관(42)을 통하여 터빈부(12T)의 가스입구로 유입되어 과급기(12)를 구동시킨 후에 굴뚝으로부터 배출된다.
상기의 구성에 있어서 반응용기(11)의 중공부(15)를 원기둥모양으로서, 원형 단면으로 형성함으로써 배기 리시버 탱크(16)의 쿠션성(cushion性)이 높아지게 되어, 배기가스를 효과적으로 완충(緩衝)시킬 수 있다. 또한 증발실(17)에 있어서 스프레이 노즐(18)의 분무형상(噴霧形狀)을 원뿔모양으로 함으로써, 스프레이 노즐(18)로부터 분사된 요소수가 분리벽(14)에 부착되어 퇴적(堆積)되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기의 실시예1에 의하면, 복수의 촉매유닛(30A∼30C)의 수납 프레임체(31A∼31C)에 각각 촉매 엘리먼트(32)를 수납한다. 그리고 이들 수납 프레임체(31A∼31C)를 정사각형 단면, 직사각형 단면, 사다리꼴 단면으로 한다. 또한 이들 촉매유닛(30A∼30C)을, 중공부(15)를 제외한 반응용기(11)내에서 대략 초승달모양으로 형성된 반응실(20)에 상하, 좌우, 전후방향으로 각각 조립하여 유닛군(30)을 형성한다. 그리고 이 유닛군(30)의 외주부를 몸통부에 대략 내접하는 정8각형의 부분 외주면으로 하고, 이 정8각형의 빗변을 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면으로 구성했기 때문에, 몸통부(11B)에 대략 내접하는 정8각형의 유닛군(30)을 통하여 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트(32)를 설치할 수 있다. 또한 촉매 엘리먼트(32)가 촉매유닛(30A∼30C)의 수납 프레임체(31A∼31Ｃ)내에 수납되어 있기 때문에, 충분한 강도를 얻을 수 있어 선박 등에 설치하였을 경우의 진동 등에 대한 내구성(耐久性)을 향상시킬 수 있다.
또한 유닛군(30)의 내주부는, 분리벽(14)에 접하거나 또는 소정의 간격을 두고 외부에서 결합되는 서로 닮은 모양의 부분 정8각형으로 형성되어 있다. 또한 유닛군(30)의 내주부에 있어서 정사각형 단면 및 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)의 외측면으로 형성할 수 없는 경사면을, 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면으로 구성하고 있다. 따라서 원형 단면의 몸통부(11Ｂ)내에 편심(偏心)되어 중공부(15)를 형성한 이형(異形)의 초승달모양 단면과 같은 반응실(20)이더라도, 정사각형 단면, 직사각형 단면, 사다리꼴 단면의 수납 프레임체(31A∼31C)를 통하여 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트(32)를 설치할 수 있다.
또한 반응용기(11)내에서 중공부(15)를 편심시킴과 아울러 몸통부(11B)에 접하여 설치했기 때문에, 중공부(15)에 배기 리시버 탱크(16)를 설치했을 경우에 배기가스의 공급이나 배출을 용이하게 할 수 있어, 중공부(15)의 이용의 자유도(自由度)를 확장시킬 수 있다.
또한 촉매유닛(30A∼30C)을 전후방향으로 접속하여 촉매유닛(30A∼30C)을 더 조합시킴으로써, 임의의 크기나 단면형상의 유닛군(30)을 형성할 수 있다. 또한 촉매 엘리먼트(32)를 수납한 촉매유닛(30A∼30C)을 접하여 조립함으로써, 충분한 강도와 내구성을 확보할 수 있다.
또한 반응용기(11)의 중공부(15)에 배기 리시버 탱크(16)와 증발실(17)을 배치함으로써, 반응용기(11)내에 배기가스 탈초장치의 구성부를 집약할 수 있어 컴팩트화(compact化)를 도모할 수 있다.
[실시예2]
이 실시예2는, 중공부(50)를 반응용기(11)의 용기축심(Ｏ)상에 배치한 것으로서, 도8, 도9를 참조하여 설명한다. 또 실시예1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도9에 나타나 있는 바와 같이 반응용기(11)의 용기축심(Ｏ)상에, 원통모양의 분리벽(51)을 사이에 두고 원기둥형상의 중공부(50)가 형성되어 있다. 반응용기(11)의 일단측에, 분리벽(51)의 끝부와 몸통부(11B)를 연결한 횡단방향의 구획벽(52)에 의하여 증발실·배기 리시버 탱크 겸용의 증발·리시버실(蒸發·receiver室)(53)이 형성되어 있다. 이 증발·리시버실(53)에는, 단판(11L)에 스프레이 노즐(18)이 설치되고 또한 몸통부(11B)에 미처리가스 출구(21)가 형성되어 있다. 중공부(50)는, 가스통로(54)와, 교반익(攪拌翼)(55a)을 구비하는 스태틱 믹서(static mixer)(혼합실(混合室))(55)로 구성되고, 타단측 출구에 열교환기(熱交換器)(56)가 배치되어 있다.
도9에 나타나 있는 바와 같이 분리벽(51)의 외주부가 반응실(20)로 구성되어, 링(ring) 모양 단면의 유닛군(30)이 설치되어 있다. 그리고 각 촉매유닛(30A∼30C)에 벌집모양의 촉매 엘리먼트(32)가 충전되어 있다. 이들 촉매유닛(30A∼30C)은, 정사각형 단면의 촉매유닛(30A)과, 직사각형 단면의 촉매유닛(30B)과, 사다리꼴(직각사다리꼴) 단면의 촉매유닛(30C)으로 구성되어 있다. 그리고 횡단면에서 보았을 때에, 촉매유닛(30A∼30C)이 각각 상하방향으로 적층됨과 아울러 좌우방향으로 나란하게 설치되고 또한 용기축심(Ｏ)을 따라 전후방향으로 동일한 단면의 촉매유닛(30A∼30C)이 서로 결합되어서 접속된다.
유닛군(30)의 외주부는, 반응용기(11)의 몸통부(11B)에 대략 내접하는 정8각형(다각형)의 외주면에 의하여 형성되어 있다. 그리고 당해 외주면은, 정사각형 단면 및 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)의 각 변에 의하여 구성되는 면(도면에서는 수평방향 및 연직방향)과, 이들 면에 대하여 소정의 경사각(45°)을 구비하는 경사면이 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면으로 구성되어 있다. 이와 같이 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)을 이용한 유닛군(30)에 의하여 외주면을 정8각형 단면으로 형성하여, 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트(32)를 반응실(20)내에 설치할 수 있다. 이것은 정사각형 단면이나 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)만을 조합시켰을 경우에, 빗변이 계단모양으로 형성되는 것과 비교하면 충전 면적율이 더 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
유닛군(30)에 있어서 분리벽(51)에 대응하는 내주부도, 분리벽(51)에 대략 외접하는 정8각형(다각형)으로 형성되어 있다. 그리고 당해 내주부는, 정사각형 단면 및 직사각형 단면의 촉매유닛(30A, 30B)의 각 변에 의하여 구성되는 면(도면에서는 수평방향 및 연직방향)과, 이들 면에 대하여 소정의 경사각(45°)을 구비하는 경사면이 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)의 빗변을 형성하는 면으로 구성되어 있다. 이에 따라 사다리꼴 단면의 촉매유닛(30C)을 구비하는 유닛군(30)에 의하여, 충분한 충전 면적율로 촉매 엘리먼트(32)를 반응실(20)내에 설치할 수 있다.
물론 유닛군(30)의 외주부 및 내주부를 다른 다각형으로 형성하더라도 좋다.
실시예2에 의하면, 반응용기(11)의 중공부(50)에 혼합실, 열교환부, 가스통로를 배치함으로써, 반응용기내에 배기가스 탈초장치의 구성부를 집약할 수 있어 컴팩트화를 도모할 수 있다.

Claims (5)

  1. 리시프러케이팅 엔진(reciprocating engine)으로부터 배출된 배기가스가 유입되는 반응용기(反應容器)내에, 촉매 엘리먼트(觸媒 element)를 설치한 배기가스 탈초장치(排氣gas 脫硝裝置)로서,
    상기 반응용기를 원통모양으로 형성하고,
    상기 반응용기내에, 중공부(中空部)와 반응실(反應室)을, 분리벽(分離壁)을 사이에 두고 상기 반응용기의 축심방향(軸心方向)으로 형성하고,
    상기 반응실에, 복수의 촉매유닛(觸媒unit)이 조립된 유닛군(unit群)을 설치하고,
    상기 촉매유닛을, 횡단면(橫斷面)의 형상이 적어도 정사각형 단면, 직사각형 단면 및 사다리꼴 단면을 이루도록 형성하고, 그 내부에 촉매 엘리먼트를 수납하고,
    상기 유닛군의 외주부(外周部)가, 상기 반응용기의 몸통부에 대략 내접(內接)하는 다각기둥의 외측면 또는 다각기둥의 부분 외측면(部分 外側面)으로 구성됨과 아울러, 정사각형 단면 또는/및 직사각형 단면의 촉매유닛의 변(邊)을 형성하는 면(面)과 사다리꼴 단면의 촉매유닛의 빗변을 형성하는 면에 의하여 구성된 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈초장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공부를 원기둥모양으로 형성함과 아울러, 상기 분리벽을 상기 중공부에 대략 외접(外接)하는 다각통 또는 부분 다각통으로 형성하고,
    상기 유닛군에 있어서 상기 분리벽에 외부에서 결합되는 내주부(內周部)가, 다각통 또는 부분 다각통으로 형성됨과 아울러, 정사각형 단면 또는/및 직사각형 단면의 촉매유닛의 변을 형성하는 면과 사다리꼴 단면의 촉매유닛의 빗변을 형성하는 면으로 구성된 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈초장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    중공부는, 반응용기의 축심(軸心)으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 편심위치(偏心位置)에 배치됨과 아울러 몸통부에 면(面)(접(接))하여 형성된 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈초장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    촉매유닛은, 수납 프레임체(收納 frame體)내에 벌집모양의 촉매 엘리먼트가 적층(積層)되어서 수납됨과 아울러, 수납 프레임체의 전후에 형성된 전측 안내부(前側 案內部)와 후측 안내부(後側 案內部)가 결합되어 배기가스의 이송방향으로 복수개가 접속되고,
    유닛군은, 수납 프레임체의 각 측면이 서로 접하도록 하여 조립된 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈초장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    중공부는, 리시프러케이팅 엔진의 배기가스가 유입되는 배기 리시버 탱크(排氣 receiver tank), 배기가스중으로 환원제(還元劑)가 분사되는 증발실(蒸發室), 배기가스와 환원제의 혼합가스를 혼합(混合)·교반(攪拌)하는 혼합실(混合室), 열교환부(熱交換部), 단수 또는 복수의 가스를 이송하는 가스통로가 선택적으로 배치된 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈초장치.
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