KR20160060769A - 선박용 배기 가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템 - Google Patents

선박용 배기 가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템 Download PDF

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Abstract

가스 모드에서 운전을 할 때 배기 가스를 통과시키는 제1 배기 라인, 및 디젤 모드에서 운전을 할 때 배기 가스를 통과시키는 제2 배기 라인을 갖는 배기 라인과, 제2 배기 라인에 설치되어 해당 제2 배기 라인을 통과하는 배기 가스 중의 질소산화물 농도를 저감하기 위한 배기 가스 정화부와, 배기 가스를 제1 배기 라인을 통과시키는 제1 절환 상태, 및 배기 가스를 제2 배기 라인을 통과시키는 제2 절환 상태로 절환 가능한 배기 라인 절환부를 구비하는 선박용 배기 가스 정화 장치를 제공할 수 있다.

Description

선박용 배기 가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템{MARINE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE AND SHIP ENGINE SYSTEM}
본 발명은 선박용 이원 연료 디젤 엔진에 사용하는 선박용 배기 가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템에 관한 것이다.
선박용 이원 연료 디젤 엔진은 연료 가스를 연료로 구동하는 가스 모드와, 연료 오일을 연료로 구동하는 디젤 모드의 2가지 동작 모드를 절환하여 운전할 수가 있다.
엔진을 가스 모드에서 운전하면, 디젤 모드에서 운전할 때보다 질소산화물(NOX) 농도가 낮은 배기 가스를 엔진에서 배출할 수가 있다. 그리고 엔진을 디젤 모드에서 운전하면, 가스 모드에서 운전할 때보다 질소산화물(NOX) 농도가 높은 배기 가스가 엔진에서 배출되고, 이런 디젤 모드에서는 질소산화물의 배출 규정치(예를 들어, IMO(국제해사기구)에 따른 Tier-3(3차 규제) 등)를 초과하는 경우가 있다.
따라서 배기 가스 중의 질소산화물 농도가 규제되고 있는 해역(예를 들어 ECA)을 항해할 때에는 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스를 배출할 수 있는 가스 모드에서 운전하는 것이 행해진다. 그리고 배기 가스 중의 질소산화물 농도가 규제되지 않은 해역을 항해할 때에는 가스 모드 및 디젤 모드를 임의로 선택하여 운전하게 된다.
이와 같이 이원 연료 디젤 엔진을 장착한 선박에서는 배기 가스 중의 질소산화물 농도 규제에 대한 대응은 주로 연료를 구분해 사용하는 것으로 이루어지고 있기 때문에, 탈질 촉매 등에 의한 질소산화물의 저감을 위한 배기 가스 정화 장치는 장착되지 않는다.
그런데, 예를 들면, 연료 가스의 비탑재시 등에는 가스 모드에서 운전을 할 수 없는 상황이 되는 경우가 있다.
따라서 배기 가스 중의 질소산화물 농도가 규제되고 있는 해역에서도 연료의 선택이 자유로워지도록 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 이원 연료 디젤 엔진을 운전해도 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스를 대기 중으로 배출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
따라서 배기 가스를 대기 중으로 배출하기 위한 배기 라인에, 질소산화물 농도를 저감하기 위한 배기 가스 정화 장치를 설치함으로써 디젤 모드에서 운전해도 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스가 대기 중으로 배출되도록 하는 것을 생각할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 이원 연료 디젤 엔진을 가스 모드에서 운전했을 경우 배기 가스를 배기 가스 정화 장치를 통과시키면 미연소 가연성 가스의 폭발에 의해 배기 가스 정화 장치가 손상되는 가능성이 있어 적용할 수가 없다.
또한, 배기 라인에 배기 가스 정화 장치(탈질 촉매부)가 설치되어 있는 종래 예로서, 일본특허출원공개 2012-36881호 및 일본특허출원공개 2013-32777호에 기재되어 있는 것이 있다.
일본특허출원공개 2012-36881호 일본특허출원공개 2013-32777호
하지만, 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 이원 연료 디젤 엔진을 운전해도 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스를 대기 중으로 배출할 수 있도록 하기 위해, 가스 모드 및 디젤 모드 중 하나의 운전 모드에 있어서도 배기 가스가 통과하는 공통의 배기 라인에 배기 가스 정화 장치를 설치했을 경우 가스 모드에서 운전을 할 때에만 배기 가스 중에 포함된 미연소 가연성 가스가 폭발할 때가 있으면 배기 가스 정화부가 손상될 우려가 있다. 그리고 이 손상을 방지하기 위해 배기 가스 정화 장치를 폭발에 견딜 수 있을 정도의 내압 구조로 하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 배기 가스 정화부는 탈질 촉매부를 내압 구조로 하는 것은 어려워서 현실적이지 않다고 생각된다.
또한, 상기 종래의 특허공보에 기재된 발명에서는 이원 연료 디젤 엔진에 사용되는 것이 아니기 때문에 상기 문제를 해결할 수는 없다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 이원 연료 디젤 엔진을 운전해도 질소산화물 농도가 규정치 이하인 배기 가스를 대기 중으로 배출할 수 있고, 게다가 가스 모드에서 운전을 하는 중에 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발할 때가 있더라도 배기 가스 정화 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있는 선박용 배기 가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치는 연료 가스를 연료로 구동하는 가스 모드와 연료 오일을 연료로 구동하는 디젤 모드의 2가지 동작 모드를 절환하여 운전할 수 있는 이원 연료 디젤 엔진에 사용하는 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 엔진에서 배출되는 배기 가스를 대기 중으로 배출하기 위한 것으로, 가스 모드에서 운전할 때 배기 가스를 통과시키는 제1 배기 라인 및 디젤 모드에서 운전할 때 배기 가스를 통과시키는 제2 배기 라인을 갖는 배기 라인과, 상기 제2 배기 라인에 설치되어 해당 제2 배기 라인을 통과하는 배기 가스 중의 질소산화물을 저감하기 위한 배기 가스 정화부와, 배기 가스를 상기 제1 배기 라인을 통과시키는 제1 절환 상태 및 배기 가스를 상기 제2 배기 라인을 통과시키는 제2 절환 상태로 절환 가능한 배기 라인 절환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치에 따르면, 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 이원 연료 디젤 엔진을 운전해도 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스가 대기 중으로 배출되도록 할 수 있다.
엔진을 가스 모드에서 운전할 때에는 배기 라인 절환부를 제1 절환 상태로 절환한다. 이에 따라 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스를, 배기 가스 정화부가 설치되지 않은 제1 배기 라인을 통과시켜 대기 중으로 배출할 수 있다. 이 제1 배기 라인에는 배기 가스 정화부가 설치되어 있지 않기 때문에, 이 제1 배기 라인 내에서 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하는 경우가 있어도 이 폭발에 의해 배기 가스 정화 부가 손상되는 경우가 없다.
그리고 엔진을 디젤 모드에서 운전할 때에는 배기 라인 절환부를 제2 절환 상태로 절환한다. 이에 따라 질소산화물 농도가 규정치를 초과하는 배기 가스를 배기 가스 정화부가 설치되어 있는 제2 배기 라인을 통과시켜 정화하고 그 질소산화물 농도가 규정치 이하가 된 배기 가스를 대기 중으로 배출할 수 있다. 이 디젤 모드에서는 제2 배기 라인 내에서 배기 가스 정화부를 손상시킬 정도의 배기 가스의 폭발이 일어나는 경우가 없기 때문에 배기 가스의 폭발에 의해 배기 가스 정화부가 손상되는 경우가 없다.
또한, 질소산화물 농도가 규정치를 초과하는 배기 가스를 대기 중으로 배출하는 것이 허용되어 있을 경우에는 배기 라인 절환부를 제1 절환 상태로 절환하고 디젤 모드에서 운전할 수 있다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기 라인 절환부는 상기 엔진에서 배출되어 상기 제1 배기 라인으로 향하는 배기 가스가 상기 제2 배기 라인 측으로 누설되는 것을 억제하기 위한 누설 억제 기능을 갖는 것으로 하면 좋다.
이 배기 라인 절환부의 누설 억제 기능에 따르면, 예를 들어 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중이며 배기 라인 절환부가 제1 절환 상태일 때 엔진에서 배출되어 제1 배기 라인으로 향하는 배기 가스가 제2 배기 라인 측으로 누설되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 배기 가스가 제2 배기 라인 측으로 누설되어 제2 배기 라인 내에서 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하는 것을 방지할 수 있어 폭발에 의한 배기 가스 정화부의 손상을 방지할 수 있다.
그리고 상기 배기 라인 절환부가 상기 엔진에서 배출되어 상기 제1 배기 라인으로 향하는 배기 가스가 상기 제2 배기 라인 측으로 누설되는 것을 억제하기 위한 누설 억제 기능이 있으면 예를 들어 엔진을 디젤 모드에서 운전하는 중이며 배기 라인 절환부가 제2 절환 상태일 때 엔진에서 배출되어 제2 배기 라인으로 향하는 배기 가스가 제1 배기 라인 측으로 누설되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 배기 가스가 제1 배기 라인 측으로 누설되어 질소산화물 농도가 규정치를 초과하는 배기 가스가 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기 라인 절환부는 상기 제1 배기 라인의 배기 가스의 폭발이 상기 제2 배기 라인 측으로 전달되는 것을 억제하기 위한 내압 기능을 갖는 것으로 하면 좋다.
이 배기 라인 절환부의 내압 기능에 따르면, 가스 모드에서 운전을 하는 중에 제1 배기 라인의 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하는 경우가 있더라도 이 폭발이 제2 배기 라인 측으로 전달되지 않기 때문에 이 폭발에 의해 제2 배기 라인 내의 배기 가스 정화부가 손상되지 않도록 보호할 수 있다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중에 배기 가스가 상기 제1 배기 라인을 통해 대기로 배출되고 있을 때, 송풍기에 의한 송풍, 선박 내의 공기 압축기의 가압 공기 또는 상기 엔진용 급기를 상기 제2 배기 라인 내에 유입시키고 해당 제2 배기 라인 내의 공기를 배기 라인 절환부를 통해 상기 제1 배기 라인 측으로 유출시키는 것으로 하면 좋다.
이와 같이 하면, 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중에 제1 배기 라인을 통해서 대기로 배출되는 미연소 가연성 가스를 포함한 배기 가스의 일부가 제2 배기 라인 내에 침입하는 것을 방지할 수 있어 제2 배기 라인 내에서 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하여 배기 가스 정화부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중에 상기 제2 배기 라인 내의 압력을 선박 내의 공기 압축기 또는 엔진용 급기관의 가압 공기에 의해 상기 제1 배기 라인 내보다 고압으로 하는 것으로 하면 좋다.
이와 같이 하면, 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중에 제1 배기 라인을 통과하고 있는 미연소 가연성 가스를 포함한 배기 가스가 제2 배기 라인 내에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 제2 배기 라인 내에서 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하여 배기 가스 정화부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치는 상기 제1 배기 라인에 설치된 폐열회수 장치 및 상기 배기 라인의 출구 라인에 설치된 소음기(silencer) 중 하나 이상을 구비한 것으로 하면 좋다.
이와 같이 하면, 소음기에 의해 배기음을 완화할 수 있어 소음의 저감을 도모할 수 있다. 그리고 폐열 회수 장치에 의해 회수된 폐열을 예를 들면 선박 내의 보일러에 사용할 수 있다. 또한, 폐열 회수 장치를 제2 배기 라인이 아니라 제1 배기 라인에 설치함으로써 열회수효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
그 이유는 제2 배기 라인에서는 배기 가스 정화부의 영향으로 배기 가스의 온도가 내려가고 있기 때문이고, 또한 배기 가스 정화부를 통과한 후의 배기 가스를 폐열 회수 장치를 통과시키면 배기 가스 정화에 사용하는 약품(요소 등)의 영향이나 연료 오일의 배기 가스에 포함된 황산 성분(황산 성분은 연료 가스의 배기 가스에 포함되어 있지 않다.)에 의한 부식의 우려가 있기 때문이다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 제1, 2 배기 라인 각각의 입구가 서로 연결되는 동시에 상기 제1, 2 배기 라인 각각의 출구가 서로 연결되고, 상기 배기 라인 절환부는 상기 제1, 2 배기 라인 각각의 입구를 개폐하는 동시에 상기 제2 배기 라인의 출구를 개폐하는 구성으로 하는 것으로 하면 좋다. 또한, 덧붙여 상기 배기 라인 절환부는 상기 제1 배기 라인의 출구를 개폐하는 것을 장착해도 좋다.
이와 같이 하면 제1, 2 배기 라인을 간단한 구성이며 콤팩트하게 설계할 수 있으며, 이에 따라 저렴하고 콤팩트한 선박용 배기 가스 정화 장치를 제공할 수 있다. 그리고 배기 라인 절환부에 따르면 배기 가스를 제1 배기 라인을 통과시켜 대기 중으로 배출하면서 배기 가스가 제2 배기 라인에 침입하는 것을 방지할 수 있는 제1 절환 상태에서는 제1 배기 라인의 입구가 열리고 제2 배기 라인의 입구가 닫힌다. 이때 제2 배기 라인의 출구가 닫힌다. 또한, 배기 라인 절환부가 제1 배기 라인의 출구를 개폐할 수 있는 것인 경우에는 제1 배기 라인의 출구가 열린다.
그리고 배기 가스를 제2 배기 라인을 통과시켜 대기 중으로 배출하는 제2 절환 상태에서는 제1 배기 라인의 입구가 닫히고 제2 배기 라인의 입구가 열린다. 이때 제2 배기 라인의 출구가 열린다. 또한, 배기 라인 절환부가 제1 배기 라인의 출구를 개폐할 수 있는 것인 경우에는 제1 배기 라인의 출구가 닫힌다.
본 발명에 따른 선박 기관 시스템은 본 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치와, 이를 사용하는 이원 연료 디젤 엔진을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 선박 기관 시스템은 본 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치를 구비하고 있으며, 이 선박 배기 가스 정화 장치는 상기와 같은 작용을 발휘한다.
이 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치는 제2 배기 라인에 배기 가스 정화부를 설치함으로써 가스 모드에서 운전을 하는 중에 제1 배기 라인 내에서 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발할 때가 있더라도 이 폭발에 의해 배기 가스 정화부가 손상되지 않도록 구성되어 있다.
따라서 이원 연료 디젤 엔진을 운전할 때 대기 중으로 배출되는 배기 가스의 질소산화물 농도가 규정치 이하가 되도록 할 수 있는 동작 모드로서 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드라도 선택할 수 있다. 이에 따라 배기 가스 중의 질소산화물 농도가 규제되고 있는 해역을 항해하는 때에도 가스 모드 및 디젤 모드를 임의로 선택하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내고, 엔진을 디젤 모드에서 운전하는 중인 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 선박 기관 시스템을 나타내고, 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내고, 엔진을 디젤 모드에서 운전하는 중인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내고, 엔진을 디젤 모드에서 운전하는 중인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 기관 시스템을 나타내고, 엔진을 디젤 모드에서 운전하는 중인 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치 및 이를 구비한 선박 기관 시스템의 제1 실시예를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 이 도 1에 나타낸 선박 기관 시스템(11)은 이원 연료 디젤 엔진(이하, 간단히 "엔진"이라고 경우도 있다.)(12)에 선박용 배기 가스 정화 장치(13)를 설치한 것이다. 이 선박용 배기 가스 정화 장치(13)는 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 엔진(12)을 운전해도 질소산화물(NOX) 농도가 규정치 이하인 배기 가스(14)가 대기 중으로 배출되도록 할 수 있는 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 선박의 기관실 내에는 선박 추진용 엔진(12)이 탑재되고, 이 엔진(12)에서 배출되는 배기 가스(14)는 선박용 배기 가스 정화 장치(13)를 통해 출구 라인(20)에서 대기로 배출된다.
이원 연료 디젤 엔진(12)은 연료 가스를 연료로 구동하는 가스 모드와 연료 오일을 연료로 구동하는 디젤 모드의 2가지 동작 모드를 절환하여 운전할 수 있는 것이다. 연료 가스는 예를 들어 천연 가스이며, 연료 오일은 예를 들어 중유이다.
이 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하면 디젤 모드에서 운전할 때보다 질소산화물 농도가 낮은 배기 가스(14)를 엔진(12)에서 배출할 수 있다. 그리고 엔진(12)을 디젤 모드에서 운전하면 가스 모드에서 운전할 때보다 질소산화물 농도가 높은 배기 가스(14)가 엔진(12)에서 배출되고, 이 디젤 모드에서는 질소산화물의 배출 규정치(예를 들어, IMO(국제해사기구)에 따른 Tier-3(3차 규제) 등)를 초과하는 경우가 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진(12)에는 배기 가스(14)를 대기 중으로 배출하기 위한 배기 라인(15)의 제1 입구 라인(16)이 연결되고, 이 제1 입구 라인(16)에는 배기 터빈 과급기(21)의 터빈부(22)가 설치되어 있다.
배기 터빈 과급기(21)는 배기 가스(14)가 보유한 에너지(운동 에너지 및 열에너지)를 이용하여 터빈부(22)를 고속 회전시키고 그 회전력으로 압축기부(23)를 회전 구동하여 급기(예를 들어 신기(新氣))를 압축하는 장치이다. 이 압축기부(23)에서 압축된 가압 공기는 급기관(25)을 통해 엔진(12)에 공급되어 연료의 연소에 사용된다. 또한, 도면의 부호 24는 터빈부(22)와 압축기부(23)를 서로 연결하는 회전축이다.
선박용 배기 가스 정화 장치(13)는 도 1에 나타낸 바와 같이 배기 라인(15), 배기 가스 정화부(26) 및 배기 라인 절환부(27)를 구비하고 있다.
배기 라인(15)은 배기 덕트이며, 엔진(12)에서 배출되는 배기 가스(14)를 대기 중으로 배출하기 위한 것이다. 이 배기 라인(15)은 엔진(12)을 가스 모드에서 운전할 때에 배기 가스(14)를 통과시키는 제1 배기 라인(18)과, 디젤 모드에서 운전할 때에 배기 가스(14)를 통과시키는 제2 배기 라인(19)을 가지고 있다.
그리고 도 1에 나타낸 바와 같이 제1, 2 배기 라인(18,19) 각각의 입구가 제1 연결부(31)를 통해 서로 연결되는 동시에, 제1, 2 배기 라인(18,19) 각각의 출구가 제2 연결부(32)를 통해 서로 연결되어 있다. 또한, 제1 연결부(31)는 제2 입구 라인(17)을 통해 터빈부(22)의 출구에 연결되어 있다. 또한, 제2 연결부(32)에는 출구 라인(20)이 연결되어 있다.
배기 가스 정화부(26)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 배기 라인(19)에 설치되고, 이 제2 배기 라인(19)을 통과하는 배기 가스(14) 중의 질소산화물 농도를 저감하기 위한 것이다. 이 배기 가스 정화부(26)는 예를 들어 요소(尿素) SCR 시스템이다.
배기 라인 절환부(27)는 도 2에 나타낸 바와 같이 엔진(12)에서 배출되는 배기 가스(14)를 제1 배기 라인(18)을 통과시키는 제1 절환 상태 및 도 1에 나타낸 바와 같이 배기 가스(14)를 제2 배기 라인(19)을 통과시키는 제2 절환 상태로 절환 가능한 것으로, 제1 절환 밸브(28), 제2 절환 밸브(29) 및 제3 절환 밸브(30)를 가지고 있다.
제1 절환 밸브(28)는 제1 배기 라인(18)의 입구를 개폐하기 위한 것이고, 제2 절환 밸브(29)는 제2 배기 라인(19)의 입구를 개폐하기 위한 것이다. 그리고 제3 절환 밸브(30)는 제2 배기 라인(19)의 출구를 개폐하기 위한 것이다.
그리고 제1~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각은 엔진(12)에서 배출되어 제1 배기 라인(18) 또는 제2 배기 라인(19)으로 향하는 배기 가스(14)가 제2 배기 라인(19) 또는 제1 배기 라인(18) 측으로 누설되는 것을 억제하기 위한 누설 억제 기능을 가지고 있다. 적어도 제2, 3 절환 밸브(29,30) 각각은 엔진(12)에서 배출되어 제1 배기 라인(18)으로 향하는 배기 가스(14)가 제2 배기 라인(19) 측으로 누설되는 것을 억제하기 위한 누설 억제 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다. 여기서, 누설 억제 기능이란, 제1, 2 배기 라인(18,19) 중 하나를 흐르는 배기 가스(14)가 제1, 2 배기 라인(18,19) 중 다른 하나에 누설됨으로써 다른 하나의 배기 라인(18 또는 19) 내의 가연성 가스 농도가 폭발 하한계를 초과하는 누설이 일어나지 않는 기능을 말한다. 또한, 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각은 이 누설 억제 기능과 함께 후술하는 내압 기능을 갖고 있어도 좋다. 또는 누설 억제 기능 대신에 내압 기능을 갖고 있어도 좋다.
예를 들어, 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각은 밸브 본체와 밸브 시트를 갖는 포펫형 밸브이어도 좋다. 이 경우, 누설 억제 기능은 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각이 닫혀 있을 때, 밸브 본체와 밸브 시트가 서로 밀봉 부재를 통해 밀착하는 구조에 의해 실현되어도 좋다. 또한, 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각은 댐퍼이어도 좋다. 이 경우, 누설 억제 기능은 댐퍼와 이를 수용하는 배관 사이의 작은 간극에 의해 실현되어도 좋다. 또한, 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각은 복수의 댐퍼를 조합하고 댐퍼 사이에 가압 공기를 보냄으로써 누설을 방지하는 절환 밸브 장치이어도 좋다.
위에서 언급한 내압 기능은 엔진(12)에서 배출되어 제1 배기 라인(18)으로 향하는 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스의 폭발이 제2 배기 라인(19) 측으로 전달되는 것을 억제하기 위한 기능이다. 즉, 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각의 내압 기능은 가스 모드에서 운전을 하는 중에 제1 배기 라인(18) 내에서 배기 가스(14) 중의 미연소 가연성 가스가 폭발할 수 있더라도 이 폭발에 의해 제2 배기 라인(19) 내의 배기 가스 정화부(26)가 손상되지 않도록 보호할 수 있는 강성을 갖는 기능이다. 예를 들어, 내압 기능은 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각에, 제1 배기 라인(18) 측에서 폭발이 있었을 때 그 폭발이 제2 배기 라인(19) 측으로 전달시키지 않는 강도를 갖게 함으로써 실현할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 선박용 배기 가스 정화 장치(13), 및 이를 구비한 선박 기관 시스템(11)의 작용을 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타낸 선박 기관 시스템(11)에 따르면, 도 2에 나타낸 가스 모드 및 도 1에 나타낸 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 이원 연료 디젤 엔진(12)을 운전해도 질소산화물 농도(NOX 농도)가 규정치 이하의 배기 가스(14)가 대기 중으로 배출되도록 할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 때에는 배기 라인 절환부(27)를 제1 절환 상태(제1 절환 밸브(28)가 열림, 제2 절환 밸브(29)가 닫힘, 제3 절환 밸브(30)가 닫힘)로 절환한다. 이에 따라 질소산화물 농도가 규정치 이하의 배기 가스(14)를, 배기 가스 정화부(26)가 설치되어 있지 않은 제1 배기 라인(18)을 통과시켜 대기 중으로 배출할 수 있다. 이 제1 배기 라인(18)에는 배기 가스 정화부(26)가 설치되어 있지 않기 때문에, 이 제1 배기 라인(18) 내에서 배기 가스(14) 중의 미연소 가연성 가스가 폭발되는 경우가 있어도 이 폭발에 의해 배기 가스 정화부(26)가 손상될 수 없다.
그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진(12)을 디젤 모드에서 운전할 때에는 배기 라인 절환부(27)를 제2 절환 상태(제1 절환 밸브(28)가 닫힘, 제2 절환 밸브(29)가 열림, 제3 절환 밸브(30)가 열림)로 절환한다. 이에 따라 질소산화물 농도가 규정치를 초과하는 배기 가스(14)를, 배기 가스 정화부(26)가 설치되어 있는 제2 배기 라인(19)을 통과시켜 정화하고 그 질소산화물 농도가 규정치 이하로 된 배기 가스(14)를 대기 중으로 배출할 수 있다. 이 디젤 모드에서는 제2 배기 라인(19) 내에서 배기 가스 정화부(26)를 손상시킬 정도의 배기 가스(14)의 폭발이 일어나는 경우가 없기 때문에 배기 가스(14)의 폭발에 의해 배기 가스 정화부(26)가 손상될 수 없다.
따라서 이 도 1 및 도 2에 나타낸 선박 기관 시스템(11)에 따르면, 이원 연료 디젤 엔진(12)을 운전할 때, 대기 중으로 배출되는 배기 가스(14)의 질소산화물 농도가 규정치 이하로 되도록 할 수 있는 동작 모드로서 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드라도 선택할 수가 있다.
단, 도면에는 도시되지 않지만, 질소산화물 농도가 규정치를 초과하는 배기 가스(14)를 대기 중으로 배출하는 것이 허용되어 있을 경우에는 배기 라인 절환부(27)를 제1 절환 상태로 절환하고 엔진(12)을 디젤 모드에서 운전할 수 있다.
그리고 도 1 및 도 2에 나타낸 배기 라인 절환부(27)의 제1 ~ 3 절환 밸브(28,29,30) 각각은 엔진(12)에서 배출되어 제1 또는 제2 배기 라인(18 또는 19)으로 향하는 배기 가스(14)가 제2 또는 제1 배기 라인(19 또는 18) 측으로 누설되는 것을 억제하기 위한 밀봉 기능을 가지고 있다.
이렇게 하면 예를 들어 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중이며 배기 라인 절환부(27)가 도 2에 나타낸 제1 절환 상태일 때, 엔진(12)에서 배출되어 제1 배기 라인(18)으로 향하는 배기 가스(14)가 제2 배기 라인(19) 측으로 누설되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 배기 가스(14)가 제2 배기 라인(19) 측으로 누설되어 제2 배기 라인(19) 내에서 배기 가스(14) 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하는 것을 방지할 수 있어 폭발에 의한 배기 가스 정화부(26)의 손상을 방지할 수 있다.
그리고 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 엔진(12)을 디젤 모드에서 운전을 하는 중이며 배기 라인 절환부(27)가 제2 절환 상태일 때, 엔진(12)에서 배출되어 제2 배기 라인(19)으로 향하는 배기 가스(14)가 제1 배기 라인(18) 측으로 누설되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 배기 가스(14)가 제1 배기 라인(18) 측으로 누설되어 질소산화물 농도가 규정치를 초과하는 배기 가스(14)가 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1, 2 배기 라인(18,19) 각각의 입구가 서로 연결되는 동시에, 제1, 2 배기 라인(18,19) 각각의 출구가 서로 연결되는 구조이기 때문에 제1, 2 배기 라인(18,19)을 간단한 구성이며 콤팩트하게 설계할 수 있으며, 이에 따라 저렴하고 콤팩트한 선박용 배기 가스 정화 장치(13)를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제2 실시예를 설명한다. 이 도 3에 나타낸 제2 실시예의 선박 기관 시스템(35)과, 도 2에 나타낸 제1 실시예의 선박 기관 시스템(11)이 다른 점은 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중에, 도 2에 나타낸 제1 실시예에서는 제2 배기 라인(19) 내에 송풍하지 않는 반면에, 도 3에 나타낸 제2 실시예에서는 제2 배기 라인(19) 내에 송풍하는 점이다.
이 도 3에 나타낸 제2 실시예에 있어서, 제2 배기 라인(19) 내에 송풍하는 구성은 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중에 배기 가스(14)가 제1 배기 라인 (18)을 통해 대기로 배출되고 있을 때, 송풍기에 의한 송풍, 선박 내의 공기 압축기의 가압 공기 또는 엔진(12)용 급기관(25) 내의 급기의 일부를 제2 배기 라인(19) 내에 유입시켜 해당 제2 배기 라인(19) 내에 미연소 가스가 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서 제2 배기 라인(19) 내에 유입된 공기는 배기 라인 절환부(27)를 통해 제1 배기 라인(18) 측으로 유출된다.
이렇게 하면 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중에 제1 배기 라인(18)을 통해 대기로 배출되는 미연소 가연성 가스를 포함한 배기 가스(14)의 일부가 제2 배기 라인(19) 내에 침입하는 것을 방지할 수 있어 제2 배기 라인(19) 내에서 배기 가스(14) 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하여 배기 가스 정화부(26)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제3 실시예를 설명한다. 이 도 4에 나타낸 제3 실시예의 선박 기관 시스템(37)과 도 2에 나타낸 제1 실시예의 선박 기관 시스템(11)이 다른 점은 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중에 도 2에 나타낸 제1 실시예에서는 제2 배기 라인(19) 내의 압력을 제1 배기 라인(18) 내보다 높이도록 구성하지 않은 반면에, 도 4에 나타낸 제3 실시예에서는 제2 배기 라인(19) 내의 압력을 선박 내의 공기 압축기 또는 엔진용 급기관(25)의 가압 공기에 의해 제1 배기 라인(18) 내보다 고압으로 하는 구성으로 한 점이다.
이 도 4에 나타낸 제3 실시예에 있어서, 제2 배기 라인(19) 내의 압력을 제1 배기 라인(18) 내보다 고압으로 하는 구성은 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중에 선박 내의 공기 압축기의 가압 공기의 소정의 공기압(제1 배기 라인(18) 내보다 높은 압력)을 제2 배기 라인(19) 내에 부여하도록 한 것이다. 도 4에 있어서 굵은 사선으로 도시되어 있는 제2 배기 라인(19)이 고압으로 되어 있는 부분이다.
이렇게 하면 엔진(12)을 가스 모드에서 운전하는 중에 제1 배기 라인(18)을 통과하고 있는 미연소 가연성 가스를 포함한 배기 가스(14)가 제2 배기 라인(19) 내에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 제2 배기 라인(19) 내에서 배기 가스(14) 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하여 배기 가스 정화부(26)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 선박 기관 시스템의 제4 실시예를 설명한다. 이 도 5에 나타낸 제4 실시예의 선박 기관 시스템(39)은 도 2에 나타낸 제1 실시예의 선박 기관 시스템(11)에 있어서 제1 배기 라인(18)에 폐열 회수 장치(40) 및 제4 절환 밸브(42)를 설치하고 또한 배기 라인(15)의 출구 라인(20)에 소음기(silencer)(41)를 설치한 것이다.
이렇게 하면 소음기(41)에 의해 배기음을 완화할 수 있어 소음의 저감을 도모할 수 있다. 그리고 폐열 회수 장치(40)에 의해 회수된 폐열을 예를 들면 선박 내의 보일러에 사용할 수 있다. 또한, 폐열 회수 장치(40)를 제2 배기 라인(19)이 아니라 제1 배기 라인(18)에 설치함으로써 열회수효율을 향상시킬 수 있다.
그 이유는 제2 배기 라인(19)에서는 배기 가스 정화부(26)의 영향으로 배기 가스(14)의 온도가 낮아지고 있기 때문이고, 또한 배기 가스 정화부(26)를 통과한 후의 배기 가스(14)를 폐열 회수 장치(40)를 통과시키면 배기 가스 정화에 사용하는 약품(요소 등)의 영향이나 연료 오일의 배기 가스에 포함된 황산 성분(황산 성분은 연료 가스의 배기 가스에는 포함되어 있지 않다.)에 의한 부식의 우려가 있기 때문이다.
단, 도 5에 나타낸 제4 실시예에서는 폐열 회수 장치(40) 및 소음기(41)를 모두 설치했지만 이 대신에 어느 하나를 설치한 것으로 해도 좋다. 그리고 제4 절환 밸브(42)를 설치했지만 이를 생략해도 좋다.
이상과 같이 본 발명에 따른 선박용 배기 가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템은 가스 모드 및 디젤 모드 중 어느 동작 모드에서 이원 연료 디젤 엔진을 운전해도 질소산화물 농도가 규정치 이하인 배기 가스가 대기 중으로 배출되도록 할 수 있고, 게다가 가스 모드에서 운전 중에 배기 가스 중의 미연소 가연성 가스가 폭발하는 경우가 있더라도 배기 가스 정화 장치가 손상되는 것을 방지할 수 있는 뛰어난 효과를 가져 이러한 선박용 배기 가스 정화 장치 및 선박 기관 시스템에 적용하기에 적합하다.
11: 선박 기관 시스템 12: 이원 연료 디젤 엔진
13: 선박용 배기 가스 정화 장치 14: 배기 가스
15: 배기 라인 16: 제1 입구 라인
17: 제2 입구 라인 18: 제1 배기 라인
19: 제2 배기 라인 20: 출구 라인
21: 배기 터빈 과급기 22: 터빈부
23: 압축기부 24: 회전축
25: 급기관 26: 배기 가스 정화부
27: 배기 라인 절환부 28: 제1 절환 밸브
29: 제2 절환 밸브 30: 제3 절환 밸브
31: 제1 연결부 32: 제2 연결부
35,37,39: 선박 기관 시스템
40: 폐열 회수 장치 41: 소음기
42: 제4 절환 밸브

Claims (8)

  1. 연료 가스를 연료로서 구동하는 가스 모드와 연료 오일을 연료로서 구동하는 디젤 모드의 2가지 동작 모드를 절환하여 운전할 수 있는 이원 연료 디젤 엔진에 사용하는 선박용 배기 가스 정화 장치에 있어서,
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 대기중으로 배출하기 위한 것으로서, 가스 모드에서 운전할 때 배기 가스를 통과시키는 제1 배기 라인 및 디젤 모드에서 운전할 때 배기 가스를 통과시키는 제2 배기 라인을 갖는 배기 라인과,
    상기 제2 배기 라인에 설치되어, 상기 제2 배기 라인을 통과하는 배기 가스 중의 질소산화물을 저감하기 위한 배기 가스 정화부와,
    배기 가스를 상기 제1 배기 라인에 통과시키는 제1 절환 상태 및 배기 가스를 상기 제2 배기 라인에 통과시키는 제2 절환 상태로 절환 가능한 배기 라인 절환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 라인 절환부는 상기 엔진으로부터 배출되어 상기 제1 배기 라인으로 향하는 배기 가스가 상기 제2 배기 라인측으로 누설되는 것을 억제하기 위한 누설 억제 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 라인 절환부는 상기 제1 배기 라인의 배기 가스의 폭발이 상기 제2 배기 라인측으로 전달되는 것을 억제하기 위한 내압 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중에, 배기 가스가 상기 제1 배기 라인을 통해 대기로 배출되고 있을 때, 송풍기에 의한 송풍, 선박 내의 공기 압축기로부터의 가압 공기 또는 상기 엔진용 급기를 상기 제2 배기 라인 내에 유입시키고, 상기 제2 배기 라인 내의 공기를 배기 라인 절환부를 통해 상기 제1 배기 라인측으로 유출시키는 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진을 가스 모드에서 운전하는 중에, 상기 제2 배기 라인 내의 압력을 선박 내의 공기 압축기 또는 엔진용 급기관으로부터의 가압 공기에 의해 상기 제1 배기 라인 내보다 고압으로 한 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배기 라인에 설치된 폐열 회수 장치 및 상기 배기 라인의 출구 라인에 설치된 소음기 중 하나 이상을 구비한 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배기 라인 각각의 입구가 서로 연결되는 동시에 상기 제1 및 제2 배기 라인 각각의 출구가 서로 연결되고,
    상기 배기 라인 절환부는 상기 제1 및 제2 배기 라인 각각의 입구를 개폐하는 동시에 상기 제1 배기 라인의 출구 및 상기 제2 배기 라인의 출구 중 하나 또는 모두를 개폐하는 구성인 것을 특징으로 하는 선박용 배기 가스 정화 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 선박용 배기 가스 정화 장치와, 이를 사용하는 이원 연료 디젤 엔진을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 기관 시스템.
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