KR20180089402A - 연소기관의 배기가스 정화설비 - Google Patents

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Abstract

선박용 연소기관(16)과, 선박용 연소기관(16)의 배기가스라인(16L)의 배기가스 중에 요소수를 공급하는 환원장치(12)와, 요소분말(U)로부터 요소수를 제조하는 생성장치(20)를 구비한다. 생성장치(20)는, 겸용탱크장치(30)와, 요소수의 농도를 조정할 수 있는 조정탱크장치(40)를 구비한다. 겸용탱크장치(30)는, 요소분말(U)을 저장함과 아울러 물을 요소분말(U)에 공급하여 용해시키는 저장겸용 생성탱크(31)를 구비한다. 조정탱크장치(40)는, 저장겸용 생성탱크(31)로부터 꺼낸 요소수를 저류하는 조정탱크(41)를 구비한다.

Description

연소기관의 배기가스 정화설비
본 발명은, 연소기관의 배기가스 정화설비(排氣gas 淨化設備)에 관한 것이다.
종래로부터, 연소기관으로부터의 배기가스 중의 NOx를 저감시키는 것으로서, 배기가스에 환원제를 취입(吹入)하여 촉매에 의하여 탈질(脫窒)하는 SCR(Selective Catalytic Reduction : 선택적 촉매환원방식) 및 촉매를 사용하지 않고 탈질하는 SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction : 무촉매탈질방식) 등이 알려져 있다.
예를 들면 SCR이 채용되고 있는 수송기기 중에서 육상을 디젤엔진에 의하여 주행하는 차량에 대해서는, 암모니아수(NH3) 및 요소수(尿素水) 등의 환원제를 보급하는 장소가 다수 있다. 이 때문에 상기 차량은, 주행 중에 환원제가 부족한 경우에도 즉시 환원제의 보급이 가능하다. 이에 대하여 상기 수송기기 중에서 선박에 대해서는, 상기 차량에 비하여 배기가스의 양이 많기 때문에 대량의 환원제가 필요하게 될 뿐만 아니라 환원제의 보급이 기항(寄港) 시에 한정된다. 이 때문에 상기 선박을 위한 SCR의 환원제로서 요소분(尿素粉)과 같은 용적의 측면에서 유리한 것이 검토되고 있다.
요소분을 선박에 적재하여 이용하는 것으로서, 예를 들면 특허문헌1에서는, 선박의 설비의 하나인 조수기(造水機)를 이용함으로써 요소분으로부터 요소수를 수시로 제조하는 배기가스 정화시스템이 개시되어 있다. 이 배기가스 정화시스템에 의하여, 해상에서 요소수의 보급을 받을 수 없는 선박에서도 공간절약과 적재중량의 경감을 확보하면서, 배기가스가 정화(배기가스 중으로부터 NOx가 저감)된다.
: 일본국 공개특허 특개2010-071148호 공보 : 일본국 공개실용신안 실공평07-011147호 공보 : 일본국 공개실용신안공보 실개평08-001436호 공보
그러나 요소분은, 물에 매우 녹기 쉽기 때문에, 대기 중의 수증기를 흡습(吸濕)하여 고화(固化)됨과 아울러 요소분 저장탱크에 고착되기 쉽다. 이 때문에 요소분(尿素粉)은 적절하게 관리될 필요가 있다. 한편 선박 내에는, 요소수(尿素水)가 적재되기에는 매우 다습하다. 따라서 상기 특허문헌1에는, 요소분 저장탱크(원료 호퍼)에 건조장치를 설치한 것이 제안되어 있다.
또한 특허문헌2 및 3에는, 포화용액의 요소수를 저장하는 용액탱크와, 물과 상기 용액탱크로부터의 요소수를 혼합시키는 혼합부와, 상기 혼합부에서 요소수를 원하는 농도로 하기 위하여 상기 혼합부에 공급되는 물 및 상기 용액탱크로부터의 요소수의 양을 적절하게 설정하는 설정부를 구비하는 요소수 용액 제조장치가 개시되어 있다. 이들 요소수 용액 제조장치에도, 요소분 저장탱크(요소 수조(尿素 受曹)) 및 요소분을 보관하는 창고(공간)가 별도로 필요하기 때문에, 요소분을 위한 넓은 스페이스를 필요로 한다. 또한 요소분 저장탱크 및 창고에 요소분이 고착되지 않도록, 상기 요소분 저장탱크 및 창고의 습도를 적절하게 관리할 필요가 있다.
또한 상기 특허문헌2 및 3의 요소수 용액 제조장치에는, 요소분을 물에 용해시켜서 요소수로 하기 위한 용액탱크(용해조) 및 교반장치(교반기)가 필요하게 된다. 상기 용액탱크는, 요소분 및 물을 받는 동시에 이들을 충분히 교반시키기 때문에, 필연적으로 대용적(大容積)이다.
본 발명은, 상기 실상을 고려하여 이루어진 것으로서, 배기가스 정화설비의 공간절약화를 실현할 수 있는 연소기관의 배기가스 정화설비를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명에 관한 연소기관의 배기가스 정화설비는, 연소기관과, 상기 연소기관의 배기가스라인의 배기가스 중에 환원제 용액을 공급하는 환원장치와, 환원제 분체로부터 환원제 용액을 제조하는 생성장치를 구비하고,
상기 생성장치는,
환원제 분체를 저장함과 아울러, 용매를 환원제 분체에 공급하여 용해시키는 저장겸용 생성탱크를 갖는 겸용탱크장치와,
상기 저장겸용 생성탱크로부터 꺼낸 환원제 용액을 저류하는 조정탱크를 갖고 농도를 조정할 수 있는 조정탱크장치를
구비한 것이다.
상기 구성에 의하면, 저장겸용 생성탱크에 의하여, 환원제 분체를 저장함과 아울러 저장한 환원제 분체에 용매를 공급하여 용해시켜서 환원제 용액을 생성할 수 있기 때문에, 가루모양 환원제의 저장 스페이스를 필요로 하지 않아, 배기가스 정화설비의 공간절약화를 실현할 수 있다.
또 상기 구성에 있어서, 겸용탱크장치는, 저장겸용 생성탱크에서 생성된 환원제 용액을 고농도화하는 고농도화 장치를 구비하고,
상기 고농도화 장치는,
환원제 용액의 농도를 계측하는 생성용 농도계와,
생성된 환원제 용액을 상기 저장겸용 생성탱크로 되돌려서 환원제 분체를 재용해하는 고농도화 라인을 갖는 것이다.
상기 구성에 의하면, 환원제 용액의 농도가 낮을 때에, 고농도화 장치에 의하여, 저장겸용 생성탱크에서 생성된 환원제 용액을 고농도화 라인을 통하여 저장겸용 생성탱크로 되돌려서, 환원제 분체를 재용해한다. 이에 따라 저장겸용 생성탱크 내의 환원용 분체가 감소하여 용매의 접촉면이 감소하더라도 고농도의 환원제 용액을 생성할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 조정탱크장치는, 환원제 용액을 조정하는 희석장치를 구비하고,
상기 희석장치는, 용매를 조정탱크에 보급하는 용매보급라인을 갖는 것이다.
상기 구성에 의하면, 조정탱크장치에 의하여, 생성용 농도계의 검출값에 의거하여 조정탱크에 용매를 보급함으로써 고농도의 환원제 용액을 희석하여 배기가스 환원에 적합한 농도범위로 할 수 있다.
또한 상기 구성에 있어서, 조정탱크장치는, 환원제 용액의 농도를 적정범위로 조정하는 농도조정장치를 구비하고,
상기 농도조정장치는,
조정탱크의 환원제 용액의 농도를 계측하는 조정용 농도계와,
상기 조정탱크의 환원제 용액을 저장겸용 생성탱크로 되돌려서 환원제 분체를 재용해시키는 환류라인과,
용매를 상기 조정탱크에 보급하는 희석라인을 갖는 것이다.
상기 구성에 의하면, 조정탱크장치에 의하여, 조정용 농도계의 검출값에 의거하여 조정탱크 내의 환원제 용액의 농도가 적정범위보다 낮게 검출되었을 때에, 조정탱크의 환원제 용액을 저장겸용 생성탱크로 되돌려서 환원용 분체를 재용융시켜서 환원제 용액의 농도를 올린다. 또 조정탱크 내의 환원제 용액의 농도가 적정범위보다 높게 검출되었을 때에, 희석라인으로부터 조정탱크로 용매를 보급함으로써 조정탱크의 환원제 용액을 저장겸용 생성탱크로 되돌려서 환원용 분체를 재용융시켜서, 환원제 용액의 농도를 낮춘다. 이에 따라 조정탱크에 있어서의 환원제 용액의 농도를 적정범위로 조정할 수 있다.
또한 상기 구성에 있어서 조정탱크장치는, 환원제 용액을 교반하는 용액교반장치를 구비하고,
상기 용액교반장치는,
조정탱크의 환원제 용액을 꺼내어 다시 당해 조정탱크로 되돌려서, 환원제 용액을 순환시켜서 상기 조정탱크 내의 환원제 용액을 교반하는 교반라인을 갖는 것이다.
상기 구성에 의하면, 환류용 펌프에 의하여, 순환라인을 통하여 환원제 용액을 순환시켜서 조정탱크 내의 환원제 용액을 교반한다. 이에 따라 환원제 용액의 농도 얼룩을 없게 하여 균일하게 할 수 있다. 또 교반날개를 회전시키는 것과 같은 기계식 교반장치에 비하여, 진동에 강하고 또한 고장도 적어, 유지보수성을 개선할 수 있다.
또 상기 구성에 있어서, 연소기관이 선박용 연소기관이고,
해수를 담수화함으로써 용매를 제조하는 용매제조기와,
상기 용매를 저장겸용 생성탱크에 공급하는 용매공급라인을
구비하고,
상기 용매공급라인에, 용매를 적정온도로 가열하는 가열장치를 갖는 것이다.
상기 구성에 의하면, 선박의 연소기관에 적용함으로써 한정된 선체 내의 공간을 유효하게 이용할 수 있다. 또 가열장치에 의하여 용매를 적정한 온도범위로 함으로써 환원제 분체의 용해상태가 저하되지 않아, 효율적으로 환원제 용액을 생성할 수 있다.
또한 상기 구성에 있어서, 겸용탱크장치는,
고액분리부재에 의하여 환원제 분체로부터 분리된 환원제 용액을 저류하는 용액저류부와,
조정탱크 내에서 환원제 용액의 액상면을 검출하는 용매검출기를 구비하는 것이다.
상기 구성에 의하면, 용매레벨계의 검출값에 의거하여 용매를 환원제 분말에 충분히 침지시켜서, 고농도의 환원제 용액을 용액분리부재를 통하여 용액저류부로부터 원활하게 꺼낼 수 있다.
본 발명에 의하면, 환원제 분체의 저장공간의 공간절약화를 할 수 있어, 저장탱크로부터 생성탱크로의 환원제 분체의 공급장치를 필요로 하지 않아 저비용화를 꾀할 수 있다.
도1은, 본 발명에 관한 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비의 실시예1을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도2는, 저장겸용 생성탱크장치를 나타내는 종단면도이다.
도3은, 배기가스 정화장치의 블럭도이다.
도4는, 저장겸용 생성탱크의 변형예를 나타내는 종단면도이다.
도5는, 본 발명에 관한 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비의 실시예2를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도6은, 본 발명에 관한 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비의 실시예3을 나타내는 구성도이다.
(실시예1)
[설비의 개요]
도1은, 본 발명의 실시예1에 관한 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비(排氣gas 淨化設備)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비는, 용매인 물을 정제(精製)하기 위한 조수기(造水機)(용매제조기)(11)와, 대형의 디젤기관으로 이루어지는 선박용 연소기관(16)을 구비한 선박(10)에 있어서, 상기 선박용 연소기관(16)으로부터 배출되는 배기가스를 환원장치(12)에 의하여 정화하는 것이다. 이 환원장치(12)는, 배기가스라인(16L)에 배치된 환원용 촉매(13)와, 서비스 탱크(service tank)(14) 내의 요소수(尿素水)(환원제 용액)를 환원장치용 펌프(P3)(도3)에 의하여 도입하여 배기가스 중에 분사(噴射)하는 노즐식의 환원제 취입장치(15)를 구비하고 있다. 그리고 환원제 취입장치(15)에 의하여 요소수가 취입(吹入)된 배기가스를 환원용 촉매(13)에 도입하여, 질소산화물(NOx) 등을 포함하는 대기오염물질을 제거하여 배기가스를 정화한다.
이러한 배기가스 정화설비는, 환원제 분체(還元劑 粉體)인 요소분말(U)로부터 요소수를 생성하는 생성장치(生成裝置)(20)를 구비하고 있다. 이 생성장치(20)는, 저장겸용 생성탱크(이하, 겸용탱크라고 한다)(31)를 갖는 겸용탱크장치(兼用tank裝置)(30)와, 겸용탱크(31)에서 생성된 요소수의 농도를 조정할 수 있도록 저류(貯留)시키는 조정탱크(41)를 갖는 조정탱크장치(調整tank裝置)(40)를 구비한다. 겸용탱크(31)는, 적어도 1회의 항해에 필요한 모든 요소분말(U)을 저장하는 저장기능과, 요소분말(U)에 용매인 물을 공급하여 요소수를 생성하는 생성기능을 갖고 있다. 그리고 조정탱크(41)의 요소수가 환원장치(12)의 서비스 탱크(14)에 공급된다. 조정탱크장치(40)는, 조정탱크(41)와 희석장치(稀釋裝置)(42)와 교반장치(攪伴裝置)(43)를 구비하고 있다.
또한 이 배기가스 정화설비는, 조수기(11)로부터 겸용탱크(31)로 물을 공급하는 용매공급라인(L0)과, 겸용탱크(31)로부터 조정탱크(41)로 요소수를 공급하는 생성라인(L1)과, 조정탱크(41)로부터 서비스 탱크(14)로 요소수를 공급하는 용액공급라인(L2)을 구비하고 있다.
조수기(11)로부터 겸용탱크(31)로 물을 공급하는 용매공급장치(21)는, 용매공급라인(L0)의 상류측에 용매공급용 펌프(P0)가 설치되어 있다. 또 용매공급라인(L0)의 겸용탱크(31)로의 입구 근방에, 선박용 연소기관(16) 등으로부터 꺼낸 열수(熱水), 증기 또는 전력에 의하여 용매공급라인(L0)의 물을 가열하는 가열장치(22)가 설치되어 있다. 이 가열장치(22)는, 겸용탱크(31)에 있어서 물로 요소분말(U)을 용해시킬 때에 흡열반응이 생기고, 이 흡열반응에 의하여 물의 온도가 저하되어, 용해가 저해되는 것을 방지하기 위한 것이다. 용매인 물의 적정온도는 예를 들면 40℃∼50℃이다. 이것은 물의 온도가 40℃ 미만에서는, 요소분말(U)이 물에 녹는 용해량이 저하되어 고농도의 요소수가 얻어지지 않기 때문이고, 50℃를 넘으면, 독성이 있는 암모니아 가스가 발생하여 주변 분위기를 악화시켜서, 작업자에게 악영향을 끼치기 때문이다.
[겸용탱크장치·겸용탱크]
도2는 겸용탱크장치(30)를 나타내는 종단면도이다. 도2에 나타내는 바와 같이 겸용탱크(31)는, 용매공급라인(L0)으로부터 공급된 물을 복수의 살수노즐(撒水nozzle)(23a∼23d)을 통하여 상방으로부터 균등하게 살포하고, 이에 따라 요소분말(U)을 용해시켜서 요소수를 생성한다. 겸용탱크장치(30)에서는, 일부의 요소분말(U)은 살수노즐(23a∼23d)로부터의 물에 용해되고, 용해되지 않은 대부분의 요소분말(U)은 잔류한다. 이 겸용탱크(31)는, 예를 들면 각기둥모양(또는 원통모양)의 측벽(31a)과, 바닥벽(3lb)과, 천장벽(31e)을 구비하고 있다. 바닥벽(3lb)은, 하방을 향하여 소정의 기울기로 경사지는 경사벽부(31c)와, 경사벽부(31c)의 하단부에 형성된 개구부(31d)를 갖는다. 또 천장벽(31e)은, 개폐뚜껑을 갖는 약제투입구(藥劑投入口)(31f)가 형성되어 있다. 또한 개구부(31d)에, 요소분말(U)과 요소수의 혼합물로부터 요소수를 거르는(분리하여 통과를 허용한) 고액분리부재(固液分離部材)인 필터(32)가 설치되어 있다. 이 필터(32)의 하부에, 요소수를 모으는 용액저류부(溶液貯留部)(33)가 겸용탱크(31)와 일체로 형성되어 있다. 요소분말(U)은 물에 매우 용해되기 쉽기 때문에, 필터(32)를 통과한 용액저류부(33)의 요소수는, 요소분말(U)이 완전하게 용해된 포화상태에 가까운 것으로 된다. 또 겸용탱크(31)와 용액저류부(33)의 사이에 필터(32)를 설치하였지만, 이 필터(32)를 대신하여 요소분말(U)과 물의 혼합물로부터 요소수를 분리하는 공지의 분리구조체이면 좋다.
도1에 나타내는 바와 같이 생성라인(L1)에는, 상류측으로부터 순서대로 요소수의 농도를 검출하는 생성용 농도계(CE1)와, 고농도화용 펌프겸용의 생성용 펌프(P1)와, 고농도화 라인(L3)의 분기부와, 생성용 밸브(V1)와, 조정탱크(41)로 송출되는 요소수의 공급량을 검출하는 생성용 유량계(F1)를 구비하고 있다. 또 이 생성용 농도계(CE1)는 생성라인(L1)에 설치되어 있지만, 용액저류부(33)의 요소수 농도를 검출할 수 있으면 좋으며, 임의로 설치장소를 선택할 수 있다.
겸용탱크장치(30)에, 겸용탱크(31)에서 생성된 요소수를 고농도화하기 위하여 생성용 고농도화 장치(고농도화 장치)(35)가 설치되어 있다. 생성용 고농도화 장치(35)는, 생성라인(L1)의 생성용 농도계(CE1), 생성용 펌프(P1) 및 생성용 밸브(V1)와, 고농도화 라인(L3)과, 고농도화 라인(L3)에 삽입된 고농도화용 밸브(V2)를 구비하고 있다. 물론 생성라인(L1)과 고농도화 라인(L3)의 분기부에, 생성용 밸브(V1)와 고농도화용 밸브(V2)를 겸용하는 3방향 밸브를 설치하여도 좋다.
[생성용 고농도화 장치의 작용]
상기 구성에 있어서, 생성용 펌프(P1)를 작동하고, 생성용 밸브(V1)를 개방으로 하고 고농도화용 밸브(V2)를 폐쇄로 하여, 용액저류부(33)의 요소수를 생성라인(L1)으로부터 조정탱크(41)로 보낸다. 이 때에 생성용 농도계(CE1)에 의하여 요소수의 농도가 검출된다. 이 요소수의 농도가 적정범위보다 낮은 경우에, 도3에 나타내는 생성제어장치(환원제 생성제어장치)(45)에 의하여, 또는 표시장치(46)를 본 작업자에 의한 수동조작에 의하여 생성용 고농도화 장치(35)가 작동된다. 즉 생성용 밸브(V1)를 폐쇄로 하고 고농도화용 밸브(V2)를 개방으로 하여, 생성용 펌프(P1)에 의하여 요소수를 고농도화 라인(L3), 용매공급라인(L0), 가열장치(22)를 통하여 살수노즐(23a∼23d)로 보냄으로써, 요소분말(U)을 재용해시켜서 요소수의 농도를 높일 수 있다.
그래서 환원장치(12)에 사용하는 요소수의 최적 농도범위는, ISO의 AUS40에 기재되어 있는 바와 같이 39중량% 이상이고 41중량% 이하이다. 요소수의 농도가 39% 미만인 경우에 생성용 고농도화 장치(35)가 작동된다.
또 겸용탱크(31)에는, 요소분말(U)에 침지(浸漬)시킨 용액(요소수)의 액상면(液狀面)을 검출하는 용매검출기인 용매레벨계(溶媒level計)(36)가 설치되어 있다. 이 용매레벨계(36)는, 예를 들면 용액저류부(33)에서부터 겸용탱크(31)의 요소분말(U)의 상방 공간에 걸쳐서 접속된 리드 파이프(reed pipe)(36a)와, 리드 파이프(36a)의 상단부에서 액상면까지의 거리로부터 액상면의 위치를 검출하는 비접촉식의 거리센서(距離sensor)(36b)를 구비하고 있다. 이 용매레벨계(36)에는, 자기플로트식, 초음파식 또는 정전용량식 등의 용매레벨계(36)를 사용하여도 좋다. 또한 가상선으로 나타내는 바와 같이 액상면의 상한위치와 하한위치에서 요소수의 유무를 검출하는 접촉식의 액면 스위치(36c, 36d)를 설치하여도 좋다.
이 용매레벨계(36)의 검출값이, 도3에 나타내는 생성제어장치(45)에 입력되어 겸용탱크(31)의 액상면이 감시되고 있음으로써, 필터(32)보다 상방의 용액(요소수)의 액상면이, 적어도 필터(32)로부터의 소정높이 : d 이상이 되도록 물의 공급량이 제어된다. 이에 따라 용액(요소수)의 액상면의 하방부분이, 예를 들면 d＝10cm 이상이 요소분말(U)에 침지됨으로써, 포화상태에 가까운 고농도의 요소수를 얻을 수 있다.
또 용매레벨계(36)에 의하여 검출높이위치의 근방에서 요소분말(U)의 유무를 검출하는 환원분체 레벨계(還元粉體 level計)(37)가 설치되어 있다. 생성용 고농도화 장치(35)에 의한 요소수의 순환이 빈번하게 일어나고 있는 경우에, 초음파식이나 화상검출식의 환원분체 레벨계(37)에 의하여 요소분말(U)의 잔량을 확인할 수 있어, 충분한 농도로 용해할 수 있는 위치에 대응하여 요소분말(U)의 유무를 검지할 수 있다.
또 실시예1에서는, 용액저류부(33)를 겸용탱크(31)에 일체로 형성하였지만, 도4에 나타내는 바와 같이 겸용탱크(31)와는 별체의 용액저류탱크(용액저류부)(53)로 하여도 좋다. 즉 겸용탱크(31)에 있어서 바닥벽(3lb) 근방의 측벽(31a)에 개구부(51)가 형성되고, 개구부(51)에 배관(52)을 통하여 용액저류탱크(53)가 접속되어 있다. 또 개구부(51)에는, 요소수만의 통과를 허용하는 공지의 고액분리부재(또는 필터)(54)가 부착되어 있어도 좋지만, 겸용탱크(31) 내로부터 요소분말(U)이 흘러나오지 않도록 충분히 작은 내경의 배관(52)을 사용하거나, 배관(52)을 교대로 조합시킨 래버린스 구조(labyrinth 構造)로 하여, 배관(52) 내에서 요소분말(U)을 거의 완전하게 용해시키는 구조이면, 필터(54)를 부착하지 않아도 좋다. 또 용매레벨계(36)는, 용액저류탱크(53)의 액면을 계측하는 레이저나 초음파식 또는 플로트식 등의 검출기에 의하여 구성된다.
이 겸용탱크(31)는, 살수노즐(23a∼23d)을 대신하여 용매공급라인(L0)에 접속된 복수의 침투관(浸透管)(55)을 균등한 간격으로 수하(垂下)하여 요소분말(U)의 상방으로부터 내부에 삽입한 것이 사용된다. 이들 침투관(55)은, 요소분말(U)에 매몰되는 하방부분에 다수의 구멍부가 형성되고, 이들 구멍부에서 물을 요소분말(U)의 내부로 공급함으로써, 요소분말(U)을 더 균등하게 용해시킬 수 있다.
[조정탱크와 조정탱크장치]
조정탱크장치(40)는, 조정탱크(41)에 공급된 요소수의 농도가 적정범위를 넘었을 때에, 조정탱크(41)에 물을 보급하여 요소수를 희석함으로써, 적정범위의 농도로 하는 희석장치(42)가 설치되어 있다. 또한 조정탱크장치(40)에는, 희석장치(42)에 의하여 물이 보급되어 희석되었을 때에, 요소수를 교반하여 균일화한 농도로 하는 교반장치(43)가 설치되어 있다.
조정탱크(41)의 바닥부로부터 요소수를 서비스 탱크(14)로 보내는 용액공급라인(L2)에는, 상류측으로부터 조정용 농도계(CE2)와, 교반용 펌프[및 환류용 펌프(실시예2)] 겸용의 용액공급용 펌프(P2)와, 용액공급라인(L2)으로부터 조정탱크(41)에 접속된 교반라인(L5)의 분기부와, 용액공급용 밸브(V4)가 순차적으로 설치되어 있다. 또 이 조정용 농도계(CE2)는 용액공급라인(L2)에 설치되어 있지만, 조정탱크(41)의 요소수 농도를 검출할 수 있으면 좋으며, 임의로 설치장소를 선택할 수 있다.
희석장치(42)는, 용매공급라인(L0)으로부터 조정탱크(41)에 접속된 희석라인 겸용의 용매보급라인(L4)과, 이 용매보급라인(L4)에 설치된 용매보급용 유량계(F2) 및 용매보급용 밸브(V3)를 구비하고 있다. 용매보급라인(L4)은, 용매공급용 펌프(P0)와 가열장치(22) 사이의 용매공급라인(L0)으로부터 분기되어 있다.
상기 교반장치(43)는, 교반라인(L5)과, 교반라인(L5)에 삽입된 교반용 밸브(V5), 교반라인(L5)과 교반라인(L5)의 하류단(下流端)(출구단)이 접속되고 조정탱크(41)에 설치된 노즐(도면에 나타내지 않는다)을 구비하고 있다. 도면에 나타내지 않은 상기 노즐은, 예를 들면 조정탱크(41) 내의 요소수에 와류(渦流)를 형성하는 접선방향으로 설치되고, 이에 따라 순환되는 요소수를 이용하여 효과적으로 교반하여 요소수의 농도의 균일화를 꾀할 수 있다.
여기에서 희석장치(42)에 의한 농도조정의 동작을 설명한다.
우선 생성용 펌프(P1)가 작동되어, 생성용 농도계(CE1)에 의하여 생성라인(L1)으로부터 조정탱크(41)로 보내지는 요소수의 농도가 검출된다. 요소수 농도가 적정범위보다 높은 경우에, 생성제어장치(45)에 의하여 희석장치(42)와 교반장치(43)가 작동된다. 희석장치(42)에서는, 생성용 유량계(F1)에 의하여 검출된 요소수의 공급량과, 생성용 농도계(CE1)에 의하여 검출된 요소수 농도에 의거하여 물의 보급량이 연산되어, 생성제어장치(45)에 의하여 용매보급용 밸브(V3)의 개도(開度) 및 개방시간이 제어된다. 이 물의 보급량은, 용매보급용 유량계(F2)에 의하여 검출되어 생성제어장치(45)로 피드백된다. 또한 교반장치(43)에서는, 용액공급용 밸브(V4)를 폐쇄로 하고 교반용 밸브(V5)를 개방으로 하고 용액공급용 펌프(P2)가 작동되어, 조정탱크(41)의 크(41)로 되돌려서, 순환되는 요소수를 이용하여 요소수를 교반하여 농도의 균일화를 꾀할 수 있다.
여기에서 요소수 농도가 39중량% 미만과, 39중량% 이상이고 41중량% 이하(적정범위)와, 41중량%를 넘는 경우에 있어서의 각 밸브(V1∼V3)의 개폐동작을 표1에 나타낸다.
Figure pct00001
[가스정화설비의 동작]
상기 배기가스 정화설비의 운전방법을 도3을 참조하여 설명한다. 생성제어장치(45)에는, 수동조작 및 데이터의 입력이 가능한 조작반(操作盤)(44)과, 생성제어장치(45)에 입력되는 각 농도계(CE1, CE2)나 각 액면센서(14R, 41R), 각 레벨계(36, 37)의 검출값, 각 펌프(P0∼P3), 각 밸브(V1∼V4)의 조작상태가 각각 표시되는 표시장치(46)가 설치되어 있다. 그리고 도3에 나타내는 바와 같이 선박용 연소기관(16)을 제어하는 선박용 기관제어장치의 신호가 환원제 취입장치(15)에 입력되어 있고, 이 환원제 취입장치(15)로부터의 신호가 생성제어장치(45)에 입력되어 있다.
선박용 연소기관(16)이 구동되어 배기가스라인(16L)으로부터 배기가스가 배출되면, 서비스 탱크(14)의 요소수가 환원제 취입장치(15)를 통하여 배기가스 중에 취입된다. 서비스 탱크(14)의 요소수의 감소가 서비스 탱크 액면센서(14R)(도3)에 검출되면, 용액공급용 펌프(P2)가 작동되어 조정탱크(41)의 요소수가 서비스 탱크(14)에 공급된다.
또한 조정탱크(41)의 요소수가 감소하여 조정탱크 액면센서(41R)에 검출되면, 생성용 펌프(P1)를 작동하여 용액저류부(33)의 요소수를 조정탱크(41)에 공급한다. 또한 겸용탱크(31)의 요소수의 감소가 용매레벨계(36)(도3)에 검출되면, 용매공급용 펌프(P0)가 작동되어 용매공급라인(L0)으로부터 물이 겸용탱크(31)에 공급된다.
[실시예1의 효과]
상기 실시예1에 의하면, 다음의 (1)∼(6)의 효과를 얻는다.
(1)요소분말(U)을 저장함과 아울러, 저장한 요소분말(U)에 용매인 물을 공급하여 용해시켜서 요소수를 생성하는 겸용탱크(31)를 설치하고, 이 겸용탱크(31)에 적어도 1회의 항해에 필요한 요소분말(U)을 저장하였기 때문에, 종래에는 필요한 요소분말(U)의 저장 스페이스나 요소분말(U)을 저장탱크로부터 생성용 탱크로 공급하는 반송장치를 필요로 하지 않아, 배기가스 정화설비의 공간절약화를 할 수 있다. 또한 요소분말(U)이나 요소수를 적재하는 구조로 하는 것과 비교하여, 적재용량의 저감을 꾀할 수 있다.
(2)겸용탱크장치(30)에, 겸용탱크(31)에서 생성된 요소수를 고농도화하는 생성용 고농도화 장치(35)를 설치하였기 때문에, 요소분말(U)의 감소나 용매인 물의 흡열작용에 의한 저온화 등에 기인하여, 겸용탱크(31)에서 생성된 요소수가 저농도인 경우에도, 생성된 요소수를 고농도화 라인(L3)을 통하여 겸용탱크(31)로 되돌려서 요소분말(U)을 재용해시킴으로써, 고농도의 요소수를 생성할 수 있다.
(3)조정탱크장치(40)에서는, 조정탱크(41)로 보내진 요소수가 적정범위보다 고농도이었던 경우에, 희석장치(42)에 의하여 용매보급라인(L4)을 통하여 조정탱크(41)에 용매인 물을 보급한다. 이에 따라 배기가스의 환원에 적합한 적정범위의 농도의 요소수를 환원장치(12)에 공급할 수 있다.
(4)종래의 요소수 탱크에 설치되는 기계식 교반장치는, 프로펠러 및 그 구동기구 등을 갖는 복잡한 구성으로 된다. 특히 선박에 기계식 교반장치를 탑재한 경우에, 파랑(波浪)에 의한 선체의 요동에 기인하여, 교반축에 대한 분체의 충격 등에 의하여 트러블이 발생할 우려가 있었다. 실시예1에서는, 조정탱크장치(40)의 교반장치(43)에 의하여, 조정탱크(41) 내의 요소수를 용액공급라인(L2) 및 교반라인(L5)을 통하여 순환시킨다. 이렇게 순환수류에 의하여 조정탱크(41)의 요소수를 교반하기 때문에, 농도의 균일화를 효율적으로 할 수 있고, 고장도 적고, 유지보수도 적어지게 되어 코스트를 삭감할 수 있다.
(5)용매공급라인(L0)에 가열장치(22)를 설치하였기 때문에, 요소분말(U)을 용해하는 데에 적합한 물의 온도로 할 수 있고, 요소분말(U)의 용해에 의한 흡열작용에 기인하여, 용해속도나 용해농도가 저하되지 않으며 또 유해한 암모니아 가스가 발생하지 않는다.
(6)겸용탱크(31)에서는, 용매레벨계(36)의 검출값에 의거하여 용매를 요소분말(U)에 충분히 침지시키기 때문에, 고농도의 요소수를 얻을 수 있다.
(실시예2)
도5는, 본 발명의 실시예2에 관한 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 또 실시예1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 실시예1에서는, 겸용탱크장치(30)에 생성용 고농도화 장치(35)를 설치하고, 조정탱크장치(40)에 희석장치(42)를 설치하였지만, 실시예2에서는, 희석장치(42)와 조정용 고농도화 장치(고농도화 장치)(62)를 구비한 농도조정장치(61)가 조정탱크장치(60)에 설치되어 있다.
조정탱크(41)로부터 서비스 탱크(14)에 접속된 용액공급라인(L2)에, 상류측으로부터 순서대로 조정용 농도계(CE2), 교반 및 환류 겸용의 용액공급용 펌프(P2), 상류부가 부분적으로 교반라인(L5)과 겸용되는 환류라인(L6)의 상류측 접속부 및 용액공급용 밸브(V4)가 설치되어 있다. 조정용 농도계(CE2)는 용액공급라인(L2)을 흐르는 요소수의 농도를 계측한다. 환류라인(L6)은, 상류측으로부터 순서대로 교반라인(L5)의 분기부와 환류용 밸브(V6)가 설치되고, 하류단이 용매공급라인(L0)에 접속되어 있다. 따라서 조정용 고농도화 장치(62)에서는, 조정용 농도계(CE2)에 의하여 용액공급라인(L2)의 요소수가 적정범위보다 저농도인 것이 검출되면, 용액공급용 밸브(V4)를 폐쇄로 하고 환류용 밸브(V6)를 개방(교반용 밸브(V5)가 폐쇄)으로 하여, 용액공급라인(L2)의 요소수를 환류라인(L6) 및 용매공급라인(L0)을 통하여 겸용탱크(31)로 되돌려서, 살수노즐(23a∼23d)로부터 재살포하여 요소분말(U)을 재용해하고, 용액저류부(33)로부터 조정탱크(41)로 보내어서 요소수를 고농도화한다. 물론 환류라인(L6)에서 교반라인(L5)과의 분기부에, 환류용 밸브(V6)와 교반용 밸브(V5)를 겸용하는 3방향 밸브를 설치하여도 좋다.
여기에서 농도조정장치(61)에 의한 농도조정의 동작을 설명한다.
상기 농도조정장치(61)에 있어서, 용액공급용 펌프(P2)가 작동되어, 조정용 농도계(CE2)에 의하여 용액공급라인(L2)으로부터 서비스 탱크(14)로 보내지는 요소수의 농도가 검출된다. 요소수 농도가 적정범위보다 높은 경우에, 생성제어장치(45)에 의하여 희석장치(42)와 교반장치(43)가 작동된다. 우선 교반장치(43)에서는, 용액공급용 밸브(V4)와 환류용 밸브(V6)를 각각 폐쇄로 하고 교반용 밸브(V5)를 개방으로 하여, 용액공급라인(L2)의 요소수를 환류라인(L6), 교반라인(L5)을 통하여 조정탱크(41)로 되돌린다. 그리고 희석장치(42)에서는, 조정용 농도계(CE2)에 의한 요소수의 농도와, 조정탱크(41)의 요소수의 양에 의거하여, 생성제어장치(45)에 의하여 용매보급용 밸브(V3)의 개도가 제어되어, 용매보급라인(L4)으로부터 조정탱크(41)로 소정 양의 물이 보급됨으로써, 요소수가 적정범위의 농도로 희석된다. 또한 교반장치(43)의 동작에 의하여 조정탱크(41)에 있어서의 요소수 농도의 균일화가 의도되어, 조정용 농도계(CE2)에 의하여 요소수의 정확한 농도가 검출된다.
또 반대로, 조정용 농도계(CE2)에 의하여 검출된 요소수 농도가 적정범위보다 낮은 경우에, 앞에서 설명한 바와 같이 조정용 고농도화 장치(62)에 의하여 요소수의 농도를 높일 수 있다.
요소수 농도가 39중량% 미만과, 39중량% 이상이고 41중량% 이하(적정범위)와, 41중량%를 넘는 경우에 있어서의 밸브(V1과 V3∼V6)의 개폐동작을 표2에 나타낸다.
Figure pct00002
상기 실시예2에 의하면, 실시예1의 효과인 (1), (3), (5), (6)과 동일한 효과를 얻는다. 또한 조정탱크(41)에, 희석장치(42)와 조정용 고농도화 장치(62)를 구비한 농도조정장치(61)를 설치하였기 때문에, 조정용 농도계(CE2)의 검출값에 의거하여, 희석장치(42)에 의하여 요소수의 농도를 저하시키고, 조정용 고농도화 장치(62)에 의하여 요소수의 고농도를 촉진시켜서, 환원에 적정한 범위의 농도의 요소수를 얻을 수 있다.
(실시예3)
도6은, 본 발명의 실시예3에 관한 선박용 연소기관의 배기가스 정화설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 실시예3은, 실시예1에서 설명한 겸용탱크장치(30)의 생성용 고농도화 장치(35)와, 실시예2에서 설명한 조정탱크장치(60)의 조정용 고농도화 장치(62)와, 실시예1 및 2에서 공통인 희석장치(42), 교반장치(43)를 각각 설치한 배기가스 정화설비이다.
실시예3에 있어서, 2개의 고농도화 장치(35, 62)를 선택적으로 사용하여 요소수의 고농도화를 꾀하고, 희석장치(42), 교반장치(43)에 의하여 요소수 농도의 저하를 꾀할 수 있다. 그리고 트러블에 의하여 고농도화 장치(35, 62)의 일방(一方)이 사용 불능으로 되더라도, 타방(他方)에서 고농도화를 꾀할 수 있다. 실시예3에 의하면, 실시예1 및 2와 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.
상기 실시예1∼3에서는 촉매를 사용하는 선택적 촉매환원방식(SCR)으로 하였지만, 본 발명은 촉매를 사용하지 않는 무촉매탈질방식(SNCR)에 사용하여도 좋다.
상기 실시예1∼3에 있어서의 구성부재는, 서로 간섭하거나 모순이 일어나지 않는 범위에서 적절하게 조합시켜서 사용할 수 있다.
선박용 연소기관(16) 이외에도, 육상의 연소기관(예를 들면 화력발전소, 쓰레기 소각로 등)의 배기가스 정화장치로서도 사용할 수 있다. 또 본 명세서에서의 연소기관은, 화력, 전력 또는 수력 등의 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기계장치(소위 엔진)에 한정되지 않으며, 화력발전소 또는 쓰레기 소각로 등의 연소를 하는 설비도 포함한다.

Claims (7)

  1. 연소기관(燃燒機關)과, 상기 연소기관의 배기가스라인의 배기가스 중에 환원제 용액을 공급하는 환원장치와, 환원제 분체(還元劑 粉體)로부터 환원제 용액을 제조하는 생성장치(生成裝置)를 구비하고,
    상기 생성장치는,
    환원제 분체를 저장함과 아울러, 용매를 환원제 분체에 공급하여 용해시키는 저장겸용 생성탱크를 갖는 겸용탱크장치(兼用tank裝置)와,
    상기 저장겸용 생성탱크로부터 꺼낸 환원제 용액을 저류(貯留)하는 조정탱크를 갖고 농도를 조정할 수 있는 조정탱크장치(調整tank裝置)를
    구비한 연소기관의 배기가스 정화설비(排氣gas 淨化設備).
  2. 제1항에 있어서,
    겸용탱크장치는, 저장겸용 생성탱크에서 생성된 환원제 용액을 고농도화(高濃度化)하는 고농도화 장치를 구비하고,
    상기 고농도화 장치는,
    환원제 용액의 농도를 계측하는 생성용 농도계와,
    생성된 환원제 용액을 상기 저장겸용 생성탱크로 되돌려서 환원제 분체를 재용해(再溶解)하는 고농도화 라인을
    갖는 연소기관의 배기가스 정화설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    조정탱크장치는, 환원제 용액의 농도를 조정하는 희석장치(稀釋裝置)를 구비하고,
    상기 희석장치는, 용매를 상기 조정탱크에 보급하는 용매보급라인을 갖는
    연소기관의 배기가스 정화설비.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    조정탱크장치는, 환원제 용액의 농도를 적정범위로 조정하는 농도조정장치를 구비하고,
    상기 농도조정장치는,
    상기 조정탱크의 환원제 용액의 농도를 계측하는 조정용 농도계와,
    상기 조정탱크의 환원제 용액을 저장겸용 생성탱크로 되돌려서 환원제 분체를 재용해시키는 환류라인(還流line)과,
    용매를 상기 조정탱크에 보급하는 희석라인(稀釋line)을
    갖는 연소기관의 배기가스 정화설비.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    조정탱크장치는, 환원제 용액을 교반하는 용액교반장치(溶液攪伴裝置)를 구비하고,
    상기 용액교반장치는,
    조정탱크의 환원제 용액을 꺼내어 다시 상기 조정탱크로 되돌려서, 환원제 용액을 순환시켜서 상기 조정탱크 내의 환원제 용액을 교반하는 교반라인(攪拌line)을 갖는
    연소기관의 배기가스 정화설비.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    연소기관이 선박용 연소기관이고,
    해수(海水)를 담수화(淡水化)함으로써 용매를 제조하는 용매제조기와,
    상기 용매를 저장겸용 생성탱크에 공급하는 용매공급라인을
    구비하고,
    상기 용매공급라인에, 용매를 적정온도로 가열하는 가열장치를 갖는
    연소기관의 배기가스 정화설비.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    겸용탱크장치는,
    고액분리부재(固液分離部材)에 의하여 환원제 분체로부터 분리된 환원제 용액을 저류하는 용액저류부와,
    조정탱크 내에서 환원제 용액의 액상면(液狀面)을 검출하는 용매검출기를
    구비하는 연소기관의 배기가스 정화설비.
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