KR20170000835U - Egr이 배치된 선박 - Google Patents

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Abstract

EGR이 배치된 선박이 개시된다. 본 고안의 EGR이 배치된 선박은, 선체 상부로부터 하부로 퍼스트 데크, 세컨드 데크, 플로어(floor) 및 탱크 탑(tank top)의 데크가 차례로 마련되는 선박에 있어서, 상기 플로어의 선미부에 배치되며 LNG를 연료로 소비하여 상기 선박을 추진시키는 메인 엔진; 상기 메인 엔진의 일측에 결합되도록 마련되며 상기 메인 엔진에서 배출되는 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각 및 탈황하여 상기 엔진에 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 유닛; 상기 플로어에서 상기 메인 엔진의 내측에 배치되어 상기 EGR 유닛으로부터 배출되는 청수(fresh water)에 포함된 이물질(particle)을 제거하고 황산을 중화시키는 수처리부(Water Treatment System)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

EGR이 배치된 선박{Ship Mounted With EGR System}
본 고안은 EGR이 배치된 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선체 상부로부터 하부로 퍼스트 데크, 세컨드 데크, 플로어(floor) 및 탱크 탑(tank top)의 데크가 차례로 마련되는 선박에서, LNG를 연료로 소비하여 선박을 추진시키는 메인 엔진을 플로어 선미부에 배치하고, 메인 엔진에서 배출되는 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각 및 탈황하여 엔진에 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 유닛을 메인 엔진 일측에 결합되도록 마련하고, EGR 유닛으로부터 배출되는 청수(fresh water)에 포함된 이물질(particle)을 제거하고 황산을 중화시키는 수처리부(Water Treatment System)를 플로어의 메인 엔진 내측에 배치한 선박에 관한 것이다.
산업화의 급속한 진전에 따른 화석연료 사용량의 증가로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제가 날로 심각해지고 있다.
이러한 대기오염의 주범 중 하나로 차량의 엔진이나 화력발전소, 공장 등의 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx)과 질소 산화물(NOx)이 손꼽히고 있으며, 최근 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이들에 대한 각국의 배출규제가 도입되고 있다.
선박에서 배출되는 배기가스 중 질소 산화물과 황 산화물은 UN 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질이며, 그 중 황 산화물은 2010년 7월부터 SECA(Sulfur Emission Control Area)에서 1% 이하로 배출규제하기로 하였다.
질소 산화물은 MARPOL ANNEX Ⅵ가 적용되어 규제되는데, Nox code의 적용 기준은 다음과 같다.
(ⅰ) TIER Ⅰ 기준　
-분당회전수(rpm) 130 미만인 경우 17.0 g/kWh.　
-분당회전수 130 이상 2000 미만인 경우 45.0*n(-0.2) g/kWh.　
-분당회전수 2000 이상인 경우 9.8 g/kWh.　
(ⅱ) TIER Ⅱ 기준　
(TIER Ⅰ 기준으로부터 약 15 ~ 20% 질소산화물 배출량을 저감한 기준)　
-분당회전수(rpm) 130 미만인 경우 14.4 g/kWh.　
-분당회전수 130 이상 2000 미만인 경우 44*n(-0.23) g/kWh.　
-분당회전수 2000 이상인 경우 7.7 g/kWh.　
(ⅲ) TIER Ⅲ 기준　
(TIER Ⅰ 기준으로부터 약 80% 질소산화물 배출량을 저감한 기준)　
-분당회전수(rpm) 130 미만인 경우 3.4 g/kWh.　
-분당회전수 130 이상 2000 미만인 경우 9*n(-0.2) g/kWh.　
-분당회전수 2000 이상인 경우 2.0 g/kWh.　
현재는 2011년 1월 발효된 TIER Ⅱ에 의한 기준치가 적용되고 있으며, 2016년 1월부터는 TIER Ⅰ 기준의 80%로 감축된 TIER Ⅲ 기준치가 적용되게 된다.
현재 이용되고 있는 배기가스의 질소 및 황 산화물 제거하는 방법은 연소 방법을 조절하는 전처리 방법과 배기가스를 처리하여 저감하는 후처리 방법으로 구분된다. 전처리 방법으로는 대표적으로 배기가스 재순환 장치인 EGR 시스템을 예로 들 수 있고, 후처리 방법으로는, 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 방법, 선택적 비촉매 환원(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR) 방법, 질소산화물 필터, 흡장 환원법(Storage and Reduction, SR) 등이 이용될 수 있다.
IMO TIER Ⅲ 기준을 만족하기 위해서 EGR 시스템을 선박에 적용하려면 선체 내에 이를 위한 장비들이 추가로 배치되어야 한다. EGR의 설치에 따라 엔진 사이즈가 커져 엔진 룸의 길이가 늘어나고 추가 장비의 설치를 위한 데크가 마련되는 등의 요인으로 선박 건조 비용이 늘어나고, 이는 가격 경쟁력의 하락으로 이어지게 된다.
본 고안은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, EGR 설치하여 TIER Ⅲ 기준을 충족하면서도 선박 내부의 기존 구획 변경에 따른 설계 변경 및, 엔진 룸 길이나 데크 추가에 따른 비용 증가를 최소화할 수 있도록 장비를 배치한 선박을 제안하고자 한다.
본 고안의 일 측면에 따르면, 선체 상부로부터 하부로 퍼스트 데크, 세컨드 데크, 플로어(floor) 및 탱크 탑(tank top)의 데크가 차례로 마련되는 선박에 있어서,
상기 플로어의 선미부에 배치되며 LNG를 연료로 소비하여 상기 선박을 추진시키는 메인 엔진;
상기 메인 엔진의 일측에 결합되도록 마련되며 상기 메인 엔진에서 배출되는 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각 및 탈질, 탈황하여 상기 엔진에 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 유닛;
상기 플로어에서 상기 메인 엔진의 내측에 배치되어 상기 EGR 유닛으로부터 배출되는 청수(fresh water)로부터 이물질(particle)을 제거하고 중화시키는 수처리부(Water Treatment System)를 포함하는 EGR이 배치된 선박이 제공된다.
바람직하게는, 상기 플로어에서 상기 수처리부의 일측에 배치되어 상기 수처리부에서의 중화를 위한 중화제 용액을 저장하는 중화제 탱크와, 상기 플로어에서 상기 메인 엔진과 상기 수처리부의 사이에 마련되어 상기 EGR 유닛으로부터 드레인되는 청수를 저장하고 상기 수처리부로 공급하는 수집탱크부(Collecting Tank Unit)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 탱크 탑의 선미부 공간에 배치되어 상기 수처리부를 거쳐 상기 청수로부터 분리된 이물질 또는 슬러지가 저장되는 슬러지 탱크를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 세컨드 데크와 플로어 사이에는 상기 플로어보다 면적이 작은 파셜(partial) 데크가 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 파셜 데크에 배치되어 상기 메인 엔진에 냉각용 청수를 공급하는 냉각용 청수 펌프; 및 상기 파셜 데크에서 상기 냉각용 청수 펌프의 측부에 배치되어 상기 냉각용 청수를 냉각하는 냉각용 청수 쿨러를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 EGR 유닛은, 상기 메인 엔진으로부터 배출된 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각하는 배기 재순환 냉각기와, 배기 재순환 냉각기에서 냉각된 배기에 포함된 질소 산화물 또는 황 산화물을 제거하는 스크러버와, 상기 스크러버로부터 배출되는 배기로부터 미스트를 제거하는 워터 미스트 캐처(water mist catcher)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 메인 엔진의 일 측에 배치되어 터보 차저 및 EGR 유닛으로부터 배출되는 배기를 상기 메인 엔진에 소기(scavenge air)로 공급하는 소기 리시버; 및 상기 워터 미스트 캐처로부터 배기를 공급받아 소기 리시버로 송풍하는 재순환 블로워(blower)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 EGR 유닛은 하나의 통합된 설비로 마련되어 상기 메인 엔진에 직접 결합될 수 있다.
본 고안의 EGR이 배치된 선박은 EGR 유닛을 마련함으로써, 배기가스의 재순환을 통해 선박의 에너지 효율을 높이고, 배기 중 질소 산화물을 제거하여 대기 오염을 방지하며, 이에 관한 TIER Ⅲ 기준도 충족시킬 수 있다.
또한 최적화된 배치를 통해 EGR 유닛 작동시 효과적인 제어가 가능하고, 기존 선박에서 엔진 룸 길이 변경이나 데크 추가 설치를 요하지 않아 선박 건조 비용 상승 및 이에 따른 가격 경쟁력 하락을 방지할 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 선박 선미부의 배치 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 선박에서 플로어의 배치 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 선박에서 파셜 데크의 배치 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 선박에서 탱크 탑의 배치 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 선박에서 메인 엔진에 통합되어 마련되는 EGR 유닛의 일 예를 구체적으로 도시한다.
본 고안과 본 고안의 동작상의 이점 및 본 고안의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 고안을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에는 본 고안의 일 실시예에 따른 선박 선미부의 배치 측면도를 개략적으로 도시하였고, 도 2는 그 중 플로어, 도 3은 파셜 데크, 도 4는 탱크 탑의 부분적인 배치 단면도를 각각 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 선박은 선체 상부로부터 하부로 퍼스트 데크(D1), 세컨드 데크(D2), 플로어(floor)(F) 및 탱크 탑(tank top)(TT)의 데크가 차례로 마련되는 선박(S)이다.
우선 LNG를 연료로 소비하여 선박을 추진시키는 메인 엔진(ME)이 플로어의 선미부에 배치되며, 메인 엔진에서 배출되는 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각 및 탈질 탈황하여 엔진에 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 유닛이 메인 엔진에 통합된(integrated), 즉 하나의 통합된 설비로 마련된 EGR 유닛이 메인 엔진의 일측에 부착되어 직접 결합된 형태로 마련된다. EGR 유닛은 메인 엔진의 중간 부분, 하부 캘러리(lower gallery)에서 믹싱 챔버 인근에 결합되어 탑재될 수 있다.
메인 엔진(ME)은 선박의 추진용 엔진으로서, 일 예로 ME-GI 엔진이 적용될 수 있다. 선내 전력 공급을 위한 발전용 엔진(GE)이 선미부 후단에 마련될 수 있다.
도 5에는 메인 엔진에 통합되어 마련되는 EGR 유닛(500)의 일 예를 구체적으로 도시하였다.
엔진의 효율을 높이기 위해 엔진(E)에는 터보 차저(100)를 거쳐 고압으로 압축된 흡입공기가 공급할 수 있는데, 이것이 소기(scavenge air)이다. 터보 차저(100)는 배기로 구동되는 터빈(110)과, 터빈에 의해 흡입공기를 압축하는 압축기(120)를 포함한다. 터보 차저(100)의 전단으로부터, 터보 차저(100)의 터빈을 구동하고 배출되는 배기 라인으로 연결되는 제1 바이패스 라인(BL1)이 마련되고, 제1 바이패스 라인(BL1)에 제1 바이패스 밸브(200)이 마련되며, 터보 차저(100)의 후단으로부터 배기 리시버(ER)로 연결되는 제2 바이패스 라인(BL2)이 마련되고, 제2 바이패스 라인(BL2)에는 제2 바이패스 밸브(300)가 마련되어, 엔진으로 공급될 소기의 양을 조절할 수 있다.
터보 차저(100)를 거친 공기는 압축으로 인해 고온 상태가 되므로 메인 엔진(E)으로 유입되기 전에 냉각이 필요하고, 이를 위해 터보 차저(100)의 하류에는 소기를 냉각하기 위한 소기 냉각기(400)가 마련된다. 소기 냉각기의 하류에는 소기 중에 포함된 수분을 걸러내어 배출하는 배출시키는 WMC(Water Mist Catcher)(450)가 마련된다.
EGR 유닛(500)은 배기 리시버(ER)로부터 배기 중 일부를 공급받아 탈질 및 압축하여 엔진의 소기를 공급하게 된다.
EGR 유닛(500)은 배기 리시버(ER)로부터 배기에 포함된 질소 산화물(NOx)을 제거하여 재순환시킴으로써 국제협약에 따른 배기가스의 대기배출 기준을 충족시킬 수 있도록 한다. 이를 위해 EGR 유닛(500)에는, 배기 리시버(ER)로부터 공급받은 배기를 냉각하는 배기 재순환 냉각기(510)와, 배기 재순환 냉각기에서 냉각된 배기에 포함된 질소산화물을 제거하는 스크러버(520)를 포함할 수 있다. 스크러버 후단에는 배기로부터 미스트를 제거하는 워터 미스트 캐처(water mist catcher)(530)가 마련된다.
EGR 유닛(500)의 상류에는 배기 리시버(ER)로부터 EGR 유닛(500)으로 공급되는 배기를 차단하는 차단 밸브(600)가 마련되고, 차단 밸브(600)와 EGR 유닛(500) 사이에는 전-스프레이(pre-spray)(610)가 마련되어, EGR 유닛(500)에 도입되기에 앞서 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx particular matter)을 제거하고 가스의 온도 80 내지 100도 정도로 강하시킬 수 있다. 전-스프레이(610)에서는 NaOH를 포함하는 청수(Fresh Water)를 분사하여 배기를 중화할 수도 있다. 전-스프레이(610)를 통해 배기의 온도를 낮추고, 배기 중 SOx particular matter를 제거함으로써 후단 장비의 부식을 방지할 수 있다.
터보 차저(100) 및 EGR 유닛(500)의 하류에는 이들 장치로부터 소기를 엔진(E)으로 공급하는 소기 리시버(SR)가 마련된다.
EGR 유닛(500)의 하류에는 EGR 유닛(500)으로부터 배기를 공급받아 소기 리시버(SR)로 송풍하는 재순환 블로워(blower)(620)가 마련되고, 재순환 블로워(620)와 소기 리시버(SR) 사이에도 밸브(630)가 마련된다.
도 2에 도시된 바와 같이, EGR 유닛으로부터 배출되는 청수(fresh water)에 포함된 이물질(particle)을 제거하고 황산을 중화시키는 수처리부(Water Treatment System)(30, 30')가 플로어(F)에서 메인 엔진(ME)의 내측으로 배치된다.
수처리부(30, 30')의 일측에는 수처리부에서의 황산 중화를 위한 중화제인 수산화나트륨을 저장하는 중화제 탱크(10)가 배치되고, 메인 엔진(ME)과 수처리부(30, 30')의 사이에는 EGR 유닛으로부터 드레인되는 청수를 저장하고 수처리부로 공급하는 수집탱크부(Collecting Tank Unit)(20A, 20B, 20A', 20B')가 배치된다.
플로어에서 메인 엔진 내측에 마련된 공간(A1, A2)에 수처리부, 중화제 탱크, 수집탱크부가 하나의 유닛으로 함께 마련될 수 있으며, 두 개의 유닛이 선체 중심부에서 좌우현 방향에 대칭으로 배치될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 수처리부를 거쳐 청수로부터 분리된 이물질 또는 황 화합물이 저장되는 슬러지 탱크(40A, 40B)는 탱크 탑(TT)의 선미부 공간에 배치할 수 있다. 플로어(F)에 배치된 장비들의 시스템적인 측면과 탱크 탑의 여유 공간을 활용하여, 두 개의 슬러지 탱크를 hull tank로 구성하여 선미부에 좌우현에 대칭하도록 배치한다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 세컨드 데크(D2)와 플로어(F) 사이에는 플로어보다 면적이 작은 파셜(partial) 데크(PD)가 마련된다. 파셜 데크는 메인 엔진 하부 갤러리(lower gallery)의 주위에 마련된다. 도 3에 도시된 E1, E2 구역이 EGR 유닛이 메인 엔진에 통합되어 마련되는 위치이며, EGR 유닛의 배치를 위해 해당 구역의 크기가 종래보다 커진다.
파셜 데크(PD)에는 메인 엔진에 냉각용 청수를 공급하는 냉각용 청수 펌프(Main CFW pump)(60A, 60B)가 배치되고, 냉각용 청수 펌프의 측부에 냉각용 청수를 냉각하기 위한 냉각용 청수 쿨러(Main CFW cooler)(50A, 50B)가 배치된다.
냉각용 청수 펌프 및 쿨러는 종래 플로어에 배치되었으나, 본 실시예 선박에서는 플로어에 중화제 탱크 및 수처리부 등, EGR 유닛의 구성에 따른 설비들이 배치될 공간을 확보하기 위하여, 이들 장비를 파셜 데크로 배치하였다. 그에 따라 기존에 파셜 데크 선수에 배치되던, cargo CFW coolers, pumps는 메인 데크 상부의 electric motor room(미도시)으로 이동 배치하게 된다.
이와 같은 배치를 통해 EGR 유닛 구성에 따른 설비들을 효율적으로 배치할 수 있고, 최적화된 배치를 통해 EGR 유닛 작동시 효과적인 제어가 가능하다. 또한 기존 선박에서 EGR 유닛 및 관련 설비들을 추가 구성하고도, 엔진 룸 길이 변경이나 데크 추가 설치를 요하지 않아, 선박 건조 비용의 상승을 막을 수 있다.
이와 같이 본 고안은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 고안의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
S: 선박
D1: 퍼스트 데크
D2: 세컨드 데크
PD: 파셜 데크
F: 플로어
TT: 탱크 탑
ME: 메인 엔진
10: 중화제 탱크
20A, 20B: 수집탱크부
30: 수처리부

Claims (8)

  1. 선체 상부로부터 하부로 퍼스트 데크, 세컨드 데크, 플로어(floor) 및 탱크 탑(tank top)의 데크가 차례로 마련되는 선박에 있어서,
    상기 플로어의 선미부에 배치되며 LNG를 연료로 소비하여 상기 선박을 추진시키는 메인 엔진;
    상기 메인 엔진 일측에 결합되도록 마련되며 상기 메인 엔진에서 배출되는 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각 및 탈질, 탈황하여 상기 엔진에 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 유닛; 및
    상기 플로어에서 상기 메인 엔진의 내측에 배치되어 상기 EGR 유닛으로부터 배출되는 청수(fresh water)로부터 이물질(particle)을 제거하고 중화시키는 수처리부(Water Treatment System);를 포함하는 EGR이 배치된 선박.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플로어에서 상기 수처리부의 일측에 배치되어 상기 수처리부에서의 중화를 위한 중화제 용액을 저장하는 중화제 탱크; 및
    상기 플로어에서 상기 메인 엔진과 상기 수처리부의 사이에 마련되어 상기 EGR 유닛으로부터 드레인되는 청수를 저장하고 상기 수처리부로 공급하는 수집탱크부(Collecting Tank Unit);를 더 포함하는 EGR이 배치된 선박.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 탱크 탑의 선미부 공간에 배치되어 상기 수처리부를 거쳐 상기 청수로부터 분리된 이물질 또는 슬러지가 저장되는 슬러지 탱크를 더 포함하는 EGR이 배치된 선박.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 세컨드 데크와 플로어 사이에는 상기 플로어보다 면적이 작은 파셜(partial) 데크가 마련되는 것을 특징으로 하는 EGR이 배치된 선박.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 파셜 데크에 배치되어 상기 메인 엔진으로 냉각용 청수를 공급하는 냉각용 청수 펌프; 및
    상기 파셜 데크에서 상기 냉각용 청수 펌프의 측부에 배치되어 상기 냉각용 청수를 냉각하는 냉각용 청수 쿨러;를 더 포함하는 EGR이 배치된 선박.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 EGR 유닛은
    상기 메인 엔진으로부터 배출된 배기의 적어도 일부를 공급받아 냉각하는 배기 재순환 냉각기;
    배기 재순환 냉각기에서 냉각된 배기에 포함된 질소 산화물 또는 황 산화물을 제거하는 스크러버; 및
    상기 스크러버로부터 배출되는 배기로부터 미스트를 제거하는 워터 미스트 캐처(water mist catcher);를 포함하는 EGR이 배치된 선박.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 메인 엔진의 일 측에 배치되어 터보 차저 및 EGR 유닛으로부터 배출되는 배기를 상기 메인 엔진에 소기(scavenge air)로 공급하는 소기 리시버; 및
    상기 워터 미스트 캐처로부터 배기를 공급받아 소기 리시버로 송풍하는 재순환 블로워(blower)를 더 포함하는 EGR이 배치된 선박.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 EGR 유닛은 하나의 통합된 설비로 마련되어 상기 메인 엔진에 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 EGR이 배치된 선박.
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