KR20180120259A - 촉매 반응기 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 촉매 반응기 및 이를 구비한 선박은 복수의 촉매를 수용하는 카세트의 설치 작업성을 향상시키는 촉매 반응기를 제공하는 것을 과제로 한다. 배기 중의 NOx를 환원하는 촉매부 및 상기 촉매부의 측면을 덮는 프레임체로 구성되는 외주부에 의해 구성되는 촉매 카세트; 및 상기 촉매 카세트를 복수 탑재하는 격자 프레임; 을 구비하는 촉매 반응기로서, 상기 격자 프레임은 상기 복수의 촉매부에 배기를 각각 유입하는 복수의 유입홀 및 상기 복수의 유입홀 각각을 구성하는 복수의 프레임부에 의해 구성되고, 상기 촉매 카세트의 외주부는 상기 각 프레임부에 수납되도록 배치된다.

Description

촉매 반응기 및 이를 구비한 선박
본 발명은, 촉매 반응기 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
종래, 복수의 촉매를 수용하는 카세트가 착탈 가능하게 장착되는 촉매 반응 장치로서, 촉매 반응 장치의 하우징에 마련되는 개구부의 하부 테두리 근방에는 카세트를 탑재하여 지지하는 선반용 선반널이 수평으로 마련되고, 그 선반널에는 직사각형의 환기구가 개구되어 있고, 하우징 내에 유입된 배기가스가 환기구로부터 카세트 안을 통과할 수 있도록 구성되어 있다(특허문헌 1 참조).
카세트에 복수의 촉매를 설치하고, 카세트를 촉매 반응기의 개구부로부터 선반널 상에 장입한 후 개구부를 덮개 부재에 의해 폐색함으로써 카세트는 촉매 반응 장치에 고정되는 구성으로 이루어져 있다.
일본 등록 특허 제5498840호 공보
촉매 반응기(촉매 반응 장치)에 카세트를 고정할 때, 촉매가 중량물이기 때문에 복수의 촉매를 수용하는 카세트는 또 다른 중량물이 되어, 촉매 반응기의 개구부를 통한 카세트의 설치 작업이 곤란한 경우가 있었다. 따라서, 본 발명은 복수의 촉매를 수용하는 카세트의 설치 작업성을 향상시키는 촉매 반응기를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 촉매 반응기는, 배기 중의 NOx를 환원하는 촉매부 및 상기 촉매부의 측면을 덮는 프레임체로 구성되는 외주부에 의해 구성되는 촉매 카세트; 및 상기 촉매 카세트를 복수 탑재하는 격자 프레임을 구비하는 촉매 반응기로서, 상기 격자 프레임은 상기 복수의 촉매부에 배기를 각각 유입하는 복수의 유입홀 및 상기 복수의 유입홀 각각을 구성하는 복수의 프레임부에 의해 구성되고, 상기 촉매 카세트의 외주부는 상기 각 프레임부에 수납되도록 배치된다.
본 발명의 촉매 반응기에서, 상기 촉매 반응기의 일측면에는 상기 복수의 촉매 카세트를 장입하는 개구부가 마련되고, 상기 격자 프레임은 개구부측 프레임 및 상기 개구부와 대향하는 대향부측 프레임으로 분할 가능하게 구성되고, 상기 개구부측 프레임은 상기 대향부측 프레임에 착탈 가능하게 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 촉매 반응기에서, 상기 격자 프레임은, 상기 촉매 반응기의 내부 에 있어서 배기의 흐름 방향에서 상류측과 하류측에 설치되어 상기 상류측의 격자 프레임에 설치되는 촉매 카세트는 상기 하류측의 격자 프레임에 설치되는 촉매 카세트에 비해 배기의 흐름 방향으로 짧게 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 선박은 상기 촉매 반응기를 구비한다.
본 발명의 촉매 반응기 및 이를 구비한 선박에 의하면, 촉매 반응기에 대한 촉매 카세트의 설치 작업성이 향상될 수 있다.
도 1은 선박의 측면도이다.
도 2는 선박의 정면 단면도이다.
도 3은 배기 정화 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4의 (a)는 촉매 반응기의 정면도이고, (b)는 촉매 반응기의 측면도이다.
도 5는 촉매 반응기의 사시도이다.
도 6은 촉매 반응기의 내부에서 지지되는 지지 프레임의 사시도이다.
도 7은 지지 프레임을 배기의 흐름 방향으로부터 본 도면이다.
도 8은 촉매 카세트의 촉매 반응기에 대한 고정을 나타내는 측면도이다.
도 9의 (a)는 덮개 부재에 의해 개구부를 폐색하는 경우에 발생하는 분력을 나타내는 측면도이고, (b)는 가압 부재의 돌출부의 조절을 나타내는 부분 확대도이다.
도 10은 지지 프레임에 대한 촉매 카세트의 배치 및 고정을 나타내는 사시도이다.
도 11의 (a)는 분할 가능하게 구성되는 격자 프레임의 사시도이고, (b)는 분할 가능하게 구성되는 격자 프레임의 측면도이다.
도 12는 슬라이딩 가능하게 구성되는 격자 프레임의 사시도이다.
이하, 도 1 및 도 2를 이용하여 촉매 반응기(12)가 탑재되는 선박(100)에 대해 설명한다. 한편, 본 실시 형태에서의 「상류측」이란 배기의 흐름 방향에서 상류측을 나타내고, 「하류측」이란 배기의 흐름 방향에서 하류측을 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에서의 「폭 방향」이란 촉매 반응기(12)를 그 개구부가 마련되는 일측면으로부터 본 좌우 방향을 가리키며, 「안쪽 방향」이란 촉매 반응기(12)를 그 개구부가 마련되는 일측면으로부터 본 전후 방향을 가리킨다.
선박(100)은 선체(101), 선체(101)의 선미측에 마련한 캐빈(102), 캐빈(102)의 후방에 배치되는 퍼넬(103), 선체(101)의 후방 하부에 마련되는 프로펠러(104) 및 키(105)를 구비하고 있다. 선미측의 선저(106)에는 스케그(10)가 일체로 형성되어 있다. 스케그(107)에는 프로펠러(104)를 회전 구동시키는 추진축(108)을 축지지하고 있다. 선체(101) 내의 선수(船首) 및 중앙부에는 선창(船倉)(109)이 마련되어 있다. 선체(101) 내의 선미측에는 기관실(110)이 마련된다.
기관실(110)에는 프로펠러(104)의 구동원인 메인 엔진(111)(본 실시 형태에서는 디젤 엔진) 및 감속기(112)와, 선체(101) 내의 전기 계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치(113)가 배치된다. 메인 엔진(111)으로부터 감속기(112)를 경유한 회전 동력에 의해 프로펠러(104)가 회전 구동된다. 기관실(110)의 내부는, 상갑판(114), 제2 갑판(115), 제3 갑판(116) 및 내저판(117)에 의해 상하로 나누어져 있다. 본 실시 형태에서는 기관실(110)의 최하단의 중저판(117) 상에 메인 엔진(111) 및 감속기(112)가 고정되고, 기관실(110)의 중단의 제3 갑판(116) 상에 발전 장치가 고정된다. 발전 장치는 엔진(31)과 엔진(31)의 구동에 의해 발전하는 발전기(33)를 조합하여 구성된다.
도 3 및 도 4를 이용하여 배기 정화 장치(1)에 대해 설명한다.
배기 정화 장치(1)는 발전기(33) 등의 동력원인 엔진(31)으로부터 배출되는 배기를 정화한다. 배기 정화 장치(1)는 엔진(31)에 접속되는 배기관(11)에 마련된다. 배기관(11)은 퍼넬(103)까지 연장되며 외부에 직접 연통된다. 배기 정화 장치(1)는, 요소수 분사 노즐(2), 요소 공급 유로(3), 공기 공급 유로(4), 가압 공기 밸브(5), 에어 탱크(6), 가압 공기 공급 펌프(컴프레서)(7), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 요소수 탱크(10), 촉매 반응기(12), 제어 장치(30) 등을 구비한다.
요소수 분사 노즐(2)은 요소수를 배기관(11) 또는 촉매 반응기(12)의 내부에 공급한다. 요소수 분사 노즐(2)은 관 형상 부재로 구성되고, 그 일측(하류측)을 배기관(11) 또는 촉매 반응기(12)의 외부로부터 내부로 삽입하도록 마련된다. 요소수 분사 노즐(2)에는 요소수의 유로인 요소 공급 유로(3)가 접속된다. 또한, 요소수 분사 노즐(2)에는 가압 공기의 유로인 공기 공급 유로(4)가 접속된다.
가압 공기 밸브(5)는 가압 공기의 유로를 연통 또는 차단한다. 가압 공기 밸브(5)는 공기 공급 유로(4)에 마련된다. 가압 공기 밸브(5)는 전자 밸브로 구성되며 솔레노이드가 제어 장치(30)와 접속된다. 가압 공기 밸브(5)는 도시 생략한 스풀을 슬라이딩시킴으로써 요소수 분사 노즐(2)에 가압 공기 공급 펌프(컴프레서)(7)에 의해 에어 탱크(6)에 가압된 가압 공기를 공급할 수 있게 구성된다.
절환 밸브(8)는 요소수의 유로를 절환한다. 절환 밸브(8)는 공기 공급 유로(4)의 요소수 공급 펌프(9)의 하류측에 마련된다. 절환 밸브(8)는 도시 생략한 스풀을 슬라이딩시킴으로써 요소수 분사 노즐(2)에 요소수 공급 펌프(9)에 의해 요소수 탱크(10)의 요소수를 공급할 수 있게 구성된다.
촉매 반응기(12)는 내부에 배치된 NOx 촉매에 의해 배기(배기 중의 NOx)를 환원한다. 촉매 반응기(12)는 엔진(31)과 접속되어 있는 배기관(11)의 중간부에서 요소수 분사 노즐(2)의 하류측에 마련된다. 촉매 반응기(12)의 하우징(13)의 내부에는 NOx 촉매를 금속 프레임체에 마련된 촉매 카세트가 복수 배치된다.
제어 장치(30)는, 가압 공기 밸브(5), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9) 등을 제어한다. 제어 장치(30)에는, 가압 공기 밸브(5), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9) 등을 제어하기 위한 여러 가지 프로그램이나 데이터가 저장된다. 제어 장치(30)는, CPU, ROM, RAM, HDD 등이 버스로 접속되는 구성일 수 있으며, 또는 하나의 칩인 LSI 등으로 이루어지는 구성일 수도 있다. 또한, 제어 장치(30)는 엔진(31)을 제어하는 ECU와 일체적으로 구성할 수도 있다.
이와 같이 구성되는 배기 정화 장치(1)에서, 제어 장치(30)는, 가압 공기 밸브(5), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9) 등을 제어하며, 배기관(11) 내에 요소수를 분사한다. 배기의 열에 의해 분사된 요소수로부터 암모니아가 생성된다. 배기 정화 장치(1)는 암모니아와 촉매 반응기(12)의 각 촉매 카세트에 마련되는 NOx 촉매에 의해 NOx를 질소와 물로 환원한다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 이용하여 촉매 반응기(12)에 대해 구체적으로 설명한다.
촉매 반응기(12)는, 하우징(13), 엔진(31)으로부터의 배기를 환원하는 촉매 카세트, 촉매 카세트를 하우징(13) 내에서 지지하는 지지 프레임, 촉매 카세트를 고정하는 고정 부재(34) 등을 구비한다.
하우징(13)은 내열 금속 재료제로 대략 통 형상(본 실시 형태에서는 각진 통 형상)으로 형성된다. 하우징(13)의 일측 단부에는 배기관(11)이 접속되고, 하우징(13)의 타측 단부는 배기관(11)을 통하여 외부에 개방되어 있다. 즉, 하우징(13)은 일측(상류측)으로부터 타측(하류측)을 향해(도 4의 검은 화살표 참조) 엔진(31)으로부터의 배기가 흐르는 배기 유로로서 구성되어 있다.
배기관(11)에는 요소수 분사 노즐(2)의 상류측에 분기관(41)과 배기의 통과 경로를 절환하는 배기 절환 밸브(42·43)가 마련되어 있다. 분기관(41)은 배기관(11)에 접속되어 있다. 배기 절환 밸브(42)는 요소수 분사 노즐(2)의 상류측으로서 분기관(41)의 하류측의 배기관(11)의 내부에 배치되어 있다. 배기 절환 밸브(43)는 분기관(41)의 내부에 배치되어 있다.
배기 절환 밸브(42·43)는 서로 연동하여 개폐 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 배기 절환 밸브(42·43)는 배기 절환 밸브(42)가 열림 상태일 때 배기 절환 밸브(43)가 닫힘 상태가 되고, 배기 절환 밸브(42)가 닫힘 상태일 때 배기 절환 밸브(43)가 열림 상태가 되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 배기 절환 밸브(42)가 열림 상태이고 배기 절환 밸브(43)가 닫힘 상태인 경우, 배기관(11)에는 후술하는 메인 유로(32a)에 배기가 공급되는 경로가 구성된다. 한편, 배기 절환 밸브(42)가 닫힘 상태이고 배기 절환 밸브(43)가 열림 상태인 경우, 배기관(11)에는 후술하는 바이패스 유로(32b)에 배기가 공급되는 경로가 구성된다.
하우징(13)의 배기 유로는 그 내부에서 배기 이동 방향을 따라 연장되는 칸막이(13c)에 의해, 배기 중의 NOx를 환원함으로써 배기를 정화하는 메인 유로(32a) 및 배기의 통과 경로로서 형성되며 배기를 정화하지 않고 외부로 배출하는 바이패스 유로(32b)로 구획된다. 칸막이(13c)는 후술하는 개구부를 폐색하는 덮개 부재와 대향하도록 마련된다.
하우징(13)의 일측면에는 촉매 카세트의 설치, 교체, 수선 등에 이용되는 개구부가 마련된다. 개구부는 메인 유로(32a)를 구성하는 하우징(13)의 일측면에, 상류측으로부터 순서대로 제1 개구부(13a) 및 제2 개구부(13b)가 형성된다. 개구부는 덮개 부재에 의해 폐색 가능하게 구성된다. 구체적으로, 제1 개구부(13a)는 제1 덮개 부재(26)에 의해 폐색 가능하게 구성되고, 제2 개구부(13b)는 제2 덮개 부재(27)에 의해 폐색 가능하게 구성된다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 촉매 카세트는, 배기를 환원하는 NOx 촉매에 의해 구성되는 촉매부, 및 NOx 촉매의 관통공이 개구되어 있는 측면 이외의 측면을 덮는 금속의 프레임체로 구성되는 외주부에 의해 구성된다. NOx 촉매는 예를 들면, 알루미나, 산화지르코늄, 바나디아/티타니아 또는 제올라이트 등의 금속을 함유하는 재료를 다수의 격자 형상의 관통공을 가지는 대략 직육면체로 생성한 것이다. 촉매 카세트는 제1 개구부(13a)를 통하여 장입되는 복수의 제1 촉매 카세트(14)와 및 제2 개구부(13b)를 통하여 장입되는 복수의 제2 촉매 카세트(15)를 구비한다.
제1 촉매 카세트(14)는 NOx 촉매에 의해 구성되는 촉매부(14a) 및 NOx 촉매의 관통공이 개구되어 있는 측면 이외의 측면을 덮는 금속의 프레임체에 의해 구성되는 외주부(14b)를 구비한다. 제2 촉매 카세트(15)는 NOx 촉매에 의해 구성되는 촉매부(15a) 및 NOx 촉매의 관통공이 개구되어 있는 측면 이외의 측면을 덮는 금속의 프레임체로 구성되는 외주부(15b)에 의해 구성된다. 촉매부(14a·15a)는 대략 직육면체 형상으로 형성되고, 외주부(14b·15b)는 촉매부(14a·15a)를 둘러싸도록 대략 각진 통 형상으로 형성된다.
각 촉매 카세트는 NOx 촉매의 관통공의 축방향이 배기의 흐름 방향(도 5 및 도 6의 검은 화살표 참조)과 일치하도록 배치된다. 즉, 각 촉매 카세트는 프레임체로 덮이지 않은 측면이 배기의 흐름에 대향하도록 배치된다. 따라서, 촉매 반응기(12)는 배기가 후술하는 제1 격자 프레임(18)에 탑재되는 제1 촉매 카세트(14)를 통과한 후, 후술하는 제2 격자 프레임(21)에 탑재되는 제2 촉매 카세트(15)를 통과하여 하우징(13)으로부터 배출되도록 구성된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 하우징(13)의 메인 유로(32a)내에서, 촉매 카세트를 지지하는 지지 프레임이 마련된다. 지지 프레임은 하우징(13)과 칸막이(13c)에 의해 둘러싸이는 공간에 마련된다. 지지 프레임은 개구부의 하부 테두리 근방에 배치되고, 개구부를 통하여 장입되는 복수의 촉매 카세트를 탑재하는 격자 프레임 및 격자 프레임의 외측선으로부터 하류측을 향하여 연장되는 벽부에 의해 구성된다. 벽부는 하우징(13)의 내측면과 칸막이(13c)에 밀착되어 고정된다. 격자 프레임은 스테이(16)를 통하여 하우징(13)에 고정된다.
지지 프레임은 제1 개구부(13a)를 통하여 장입되는 복수의 제1 촉매 카세트(14)를 지지하는 제1 지지 프레임(17) 및 제2 개구부(13b)를 통하여 장입되는 복수의 제2 촉매 카세트(15)를 지지하는 제2 지지 프레임(20)을 구비한다. 제1 지지 프레임(17)은 복수의 제1 촉매 카세트(14)를 탑재하는 제1 격자 프레임(18) 및 제1 격자 프레임(18)의 외측선으로부터 하류측을 향하여 연장되는 제1 벽부(19)에 의해 구성된다. 제2 지지 프레임(20)은 복수의 제2 촉매 카세트(15)를 탑재하는 제2 격자 프레임(21) 및 제2 격자 프레임(21)의 외측선으로부터 하류측을 향하여 연장되는 제2 벽부(22)에 의해 구성된다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 격자 프레임은 각 촉매 카세트의 촉매부에 배기를 각각 유입하는 복수의 유입홀 및 각각의 유입홀을 구성하는 프레임부에 의해 격자 형상으로 형성된다. 제1 격자 프레임(18)은 복수의 제1 유입홀(18a) 및 제1 프레임부(18b)에 의해 구성된다. 제2 격자 프레임(21)은 복수의 제2 유입홀(21a) 및 제2 프레임부(21b)에 의해 구성된다. 제1 유입홀(18a) 및 제2 유입홀(21a)은 촉매부(14a·15a)의 형상에 따라 대략 직사각형 형상으로 형성된다. 제1 프레임부(18b) 및 제2 프레임부(21b)는 대략 직사각형 형상으로 형성되는 제1 유입홀(18a) 및 제2 유입홀(21a)을 둘러싸도록 대략 직사각형 형상의 프레임체로서 형성된다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 촉매 카세트의 외주부는 배기의 흐름 방향으로부터 보아 격자 프레임을 구성하는 프레임부에 수납되도록 구성된다. 즉, 각 프레임부에 각각 각 촉매 카세트를 배치할 수 있게 구성된다.
본 실시 형태에서, 외주부(14b·15b)는 배기의 흐름 방향으로부터 보아 대략 정사각형 형상으로 형성된다. 또한, 제1 프레임부(18b) 및 제2 프레임부(21b)도, 마찬가지로 배기의 흐름 방향으로부터 보아 대략 정사각형 형상으로 형성된다. 촉매 카세트의 외주부(14b·15b)의 최대 길이가 제1 프레임부(18b) 및 제2 프레임부(21b)의 최대 길이보다 작게 형성됨으로써, 촉매 카세트의 외주부는 프레임부에 수납되도록 구성된다. 여기서, 외주부(14b·15b)의 최대 길이란, 외주부의 개구면을 구성하는 변 중 가장 긴 변을 가리킨다. 외주부의 배기의 흐름 방향에서 단면이 원 형상인 경우는 장경을 가리킨다. 마찬가지로 제1 프레임부(18b) 및 제2 프레임부(21b)의 최대 길이란, 프레임부를 구성하는 변 중 가장 긴 변을 가리킨다. 프레임부의 배기의 흐름 방향에서 단면이 원 형상의 경우는 장경을 가리킨다.
복수의 촉매 카세트는, 개구부로부터 대향하는 측면을 향해 서로 이웃하도록 장입된다. 격자 프레임에는 개구부측으로부터 보아, 폭방향으로 3열로 안쪽 방향으로 3열로 이루어지는 합계 9개의 촉매 카세트가 배치된다. 즉, 격자 프레임에는 폭방향으로 3열, 안쪽 방향으로 3열로 이루어지는 합계 9개의 유입홀이 형성된다. 촉매 카세트의 개수는 이에 한정되지 않으며, 배기 정화 장치(1)의 크기에 기초하여 구성된다. 예를 들면, 폭방향으로 4열, 안쪽 방향으로 4열로 하는 배치할 수도 있다.
각 촉매 카세트는 프레임체로 덮인 측면끼리 이웃하여 배치된다. 폭방향으로 이웃하는 촉매 카세트끼리는 소정의 간격(A)(도 5 참조)을 두고 마련된다. 소정의 간격(A)에는 개구부로부터 대향하는 측면을 따라 충전재(23)(도 10 참조)가 마련된다. 충전재(23)는 유리 섬유 등의 단열재에 의해 구성되는 판 형상 부재이며, 소정의 간격(A)을 폐색하도록 마련됨으로써, 소정의 간격(A)을 통하여 하류측에 배기가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이웃하는 촉매 카세트의 틈새를 막음으로써, 지지 프레임에 대한 폭방향으로 이웃하는 촉매 카세트의 움직임을 규제하고 있다.
안쪽 방향으로 이웃하는 촉매 카세트끼리는 소정의 간격(B)(도 5 참조)를 두고 마련된다. 소정의 간격(B)에는 개구부측으로부터 보아 폭 방향을 따라 충전재(24)(도 10 참조)가 마련된다. 충전재(24)는 유리 섬유 등의 단열재에 의해 구성되는 판 형상 부재이며, 폭 방향으로 이웃하는 복수의 촉매 카세트에 걸쳐서 마련된다. 충전재(24)는 소정의 간격(B)을 폐색하도록 마련됨으로써, 소정의 간격(B)을 통하여 하류측으로 배기가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이웃하는 촉매 카세트의 틈새를 막음으로써, 지지 프레임에 대한 안쪽 방향으로 이웃하는 촉매 카세트의 움직임을 규제하고 있다.
이상과 같이, 각 프레임부에 각 촉매 카세트를 각각 배치 가능하게 구성함으로써, 중량물인 촉매 카세트를 촉매 반응기(12)의 내부에서 장입, 교체, 수선 등을 할 때, 복수의 촉매 카세트를 동시에 움직일 필요가 없으며 개별적으로 촉매 카세트를 배치할 수 있다. 그 때문에, 용이하게 촉매 카세트를 배치할 수 있어 촉매 카세트의 설치 작업성이 향상된다. 한편, 촉매 반응기(12)에 마련되는 격자 프레임의 수 및 격자 프레임에 탑재되는 촉매 카세트의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다.
또한, 격자 프레임상에서 촉매 카세트의 배치 장소에 의해 변화되는 촉매 카세트의 열화도 정도에 따라 촉매 카세트의 배치를 용이하게 변경할 수 있다. 그 때문에, 촉매 카세트의 촉매부의 수명 연장도 기대할 수 있다. 또한, 하우징(13) 내에 별도로 지지 프레임이 마련됨으로써 하우징(13)의 강도를 높일 수 있다. 그 때문에, 격자 프레임을 가지는 지지 프레임이 마련됨으로써 하우징(13)의 강도를 높임과 함께, 촉매 카세트의 설치 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 촉매 반응기(12)를 구성하는 하우징(13)의 내부에서, 복수의 촉매 카세트를 지지하는 지지 프레임(격자 프레임)이 적어도 상류측과 하류측에 마련되고, 상류측의 제1 지지 프레임(17)(제1 격자 프레임(18))에 마련되는 제1 촉매 카세트(14)는 하류측의 제2 지지 프레임(20)(제2 격자 프레임(21))에 마련되는 제2 촉매 카세트(15)에 비해 배기의 흐름 방향으로 짧게 구성된다. 본 실시 형태에서 지지 프레임은 상류측에 마련되는 제1 지지 프레임(17) 및 하류측에 마련되는 제2 지지 프레임(20)에 의해 구성되어 있다.
촉매 카세트를 상류측과 하류측으로 나누어 마련함으로써, 각 촉매 카세트의 중량을 가볍게 할 수 있기 때문에, 촉매 카세트의 설치 작업성이 향상된다. 또한, 상류측에 마련되는 제1 촉매 카세트(14)는 하류측에 마련되는 제2 촉매 카세트(15)에 비해 NOx를 다량 포함한 배기가 통과하기 때문에, 열화되기 쉽고 교환 빈도가 높다. 그 때문에, 상류측에 마련되는 제1 촉매 카세트(14)는 하류측에 마련되는 제2 촉매 카세트(15)에 비해 배기 흐름 방향으로 짧게 구성함으로써, 열화되기 쉬운 제1 촉매 카세트(14)를 염가로 구성할 수 있어 교환 비용을 절감할 수 있다.
도 8 내지 도 10을 이용하여 고정 부재(34)에 대해 설명한다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 고정 부재(34)는 개구부로부터 대향하는 측면을 따라 배치되고, 개구부를 폐색하는 덮개 부재에 의해 바이어스됨으로써 복수의 촉매 카세트를 그 상면으로부터 가압한다.
고정 부재(34)는 복수의 촉매 카세트의 상면에서 개구부로부터 대향하는 측면을 따라 연장되는 판 형상 부재(35) 및 개구부를 폐색하는 덮개 부재에 의해 바이어스됨으로써 판 형상 부재(35)의 일단을 가압하는 가압 부재(36)로 구성된다. 이하에서는, 제1 개구부(13a)를 통하여 장입되는 제1 촉매 카세트(14)의 고정 부재(34)를 이용한 고정 방법에 대해 설명한다. 제2 개구부(13b)를 통하여 장입되는 제2 촉매 카세트(15)의 고정 부재(34)를 이용한 고정 방법에 대해서는 동일하므로 생략한다.
판 형상 부재(35)는 일측으로부터 타측을 향해 연장되는 대략 직육면체 형상의 부재이다. 판 형상 부재(35)의 일측 및 타측에서의 상면(하류측면)에는 단부를 향해 경사지는 구배부(35a)가 마련된다. 판 형상 부재(35)의 길이 방향의 길이는 대체로 제1 개구부(13a)로부터 대향하는 측면(칸막이(13c))까지의 길이로서 설정된다. 판 형상 부재(35)의 칸막이(13c)측의 단부의 구배부(35a)는 칸막이(13c)에 마련되는 수용부(37)에 감합 가능하게 마련된다.
판 형상 부재(35)는 제1 개구부(13a)를 통하여 장입되는 제1 촉매 카세트(14) 중 폭 방향으로 이웃하는 제1 촉매 카세트(14) 사이를 상면으로부터 덮도록 배치된다. 구체적으로는, 이웃하는 제1 촉매 카세트(14) 사이에서 배기 흐름 방향으로부터 보아 제1 촉매 카세트(14)의 촉매부(14a)와 중첩되지 않는 위치, 즉, 제1 촉매 카세트(14)의 외주부(14b) 상에 판 형상 부재(35)는 배치된다(도 10 참조).
가압 부재(36)는 판 형상 부재(35)의 제1 개구부(13a)측의 일단에 마련된다. 가압 부재(36)는 제1 개구부(13a)에 제1 덮개 부재를 장착함으로써, 제1 개구부(13a)측으로부터 가압된다. 가압 부재(36)는 대략 직육면체 형상으로 형성되고 그 하면(상류측면)은 구배부(36a)를 갖는다. 가압 부재(36)의 구배부(36a)는 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)와 대략 동일한 경사 각도로 구성됨으로써, 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)와 접촉 가능하게 구성된다. 가압 부재(36)의 구배부(36a)는 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)와 적절한 위치에서 접촉함으로써, 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)에 적절한 가압력이 발생되도록 설정된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 가압 부재(36)에는 제1 개구부(13a)측으로 돌출하는 돌출부가 마련된다. 돌출부는 가압 부재(36)에 장착되는 핀(36b) 및 와셔(36c)에 의해 구성된다. 핀(36b)은 원판 형상으로 형성되는 헤드부를 구비하고 있다. 가압 부재(36)의 제1 개구부(13a) 측면에는 홀이 마련되어 있고, 그 홀에 와셔(36c)를 개재하여 핀(36b)을 장착함으로써 돌출부가 구성된다. 홀에 핀(36b)을 장착할 때에 와셔(36c)의 매수를 조절함으로써 돌출부의 돌출 길이를 조절할 수 있다. 돌출부의 돌출 길이를 조절함으로써, 가압 부재(36)의 구배부(36a)를 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)와 적절한 위치에서 접촉시키는 것이 가능하다.
한편, 가압 부재(36)는 제일 개구부(13a)를 구성하는 상벽에 의해 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)에 대해서 하류 방향으로 이동하는 것을 규제하고 있다. 그 때문에, 제1 덮개 부재(26)에 의해 바이어스되더라도, 가압 부재(36)가 판 형상 부재(35)의 구배부(35a)와의 적절한 위치를 넘지 않고 적절한 위치에서 접촉이 가능하다.
이상의 구성에서, 제1 개구부(13a)에 제1 덮개 부재(26)를 장착함으로써, 가압 부재(36)의 돌출부를 구성하는 핀(36b)의 헤드 부분이 제1 덮개 부재(26)에 의해 가압된다. 가압된 가압 부재(36)에 의해 판 형상 부재(35)의 접촉면에 가압력이 발생한다. 이때, 판 형상 부재(35)의 접촉면에는 판 형상 부재(35)의 길이 방향과 평행한 방향의 분력과 수직인 방향의 분력이 가해진다. 가해지는 분력에 의해, 고정 부재(34)를 건너 마련되는 복수의 제1 촉매 카세트(14)가 제1 지지 프레임(17)에 가압됨으로써 제1 지지 프레임(17)에 고정된다. 이상과 같이, 폭방향으로 이웃하는 촉매 카세트와 촉매 카세트를 고정 부재(34)에 의해 촉매 반응기(12)에 고정할 수 있다.
도 10을 이용하여, 제1 지지 프레임(17)에 대한 제1 촉매 카세트(14)의 장입순서에 대해 설명한다. 한편, 제2 지지 프레임(21)에 대한 제2 촉매 카세트(15)의 장입 순서는 동일하므로 생략한다.
우선, 제1 개구부(13a)측으로부터 보아 가장 안쪽 열에 제1 촉매 카세트(14)를 크레인 또는 인력으로 배치한다. 배치된 제1 촉매 카세트(14)와 제1 촉매 카세트(14)의 틈새의 상단 및 하단에 각각 충전재(23)를 삽입한다. 충전재(23)에는 가이드(23a)가 마련되어 있고, 제1 촉매 카세트(14)와 제1 촉매 카세트(14)의 틈새로의 삽입을 용이하게 한다. 배치된 제1 촉매 카세트(14)의 제1 개구부(13a) 측면에서, 이웃하는 복수의 제1 촉매 카세트(14)에 걸치도록 충전재(24)가 점착 스프레이에 의해 2개 장착된다. 이때, 폭방향으로 이웃하는 제1 촉매 카세트(14)와 제1 촉매 카세트(14)의 틈새에 삽입된 충전재(23)의 가이드부(23a)에 닿지 않도록, 충전재(24)는 상단 및 하단을 피해 장착된다. 마찬가지로, 개구부(13a)측으로부터 보아 중간열, 가장 앞열의 순서로 제1 촉매 카세트(14)를 배치한 후, 충전재(23)를 삽입하고 충전재(24)를 장착한다.
그리고, 폭 방향으로 이웃하는 제1 촉매 카세트(14)와 제1 촉매 카세트(14)의 틈새상에서, 제1 개구부(13a)로부터 대향하는 측면(칸막이(13c))을 따라 판 형상 부재(35)를 복수 배치한다. 각 판 형상 부재(35)의 칸막이(13c)측의 단부는 칸막이(13c)에 장착되는 각 수용부(37)에 맞춰진다. 각 판 형상 부재(35)의 제1 개구부(13a)측의 단부에는 돌출부의 돌출 길이를 조절한 가압 부재(36)를 배치함과 함께, 제1 덮개 부재(26)를 제1 개구부(13a)에 장착함으로써 촉매 반응기(12)에 제1 촉매 카세트(14)를 고정할 수 있다.
이상과 같이, 복수의 촉매 카세트를 상면으로부터 가압하여 고정함으로써, 하우징(13)에 대한 촉매 카세트의 틈새(폭 방향 및 안쪽 방향)를 계측한 후, 그 틈새에 대해 적절히 형성되는 충전재나 조절판을 마련할 필요가 없기 때문에, 복수의 촉매 카세트를 하우징(13)에 대해서 용이하게 고정할 수 있다. 즉, 제작 오차를 허용한 촉매 카세트의 간단하고 쉬운 고정 방법이다. 또한, 촉매 카세트를 촉매 반응기(12)에 대해서 안정적으로 고정함으로써, 촉매부에 의해 NOx를 환원함으로써 배기를 충분히 정화할 수가 있어, 성능의 향상으로 이어진다.
또한, 고정 부재(34)를 구성하는 판 형상 부재(35)는 폭방향으로 이웃하는 촉매 카세트 사이에서, 배기의 흐름 방향으로부터 보아 촉매 카세트의 촉매부와 중첩되지 않는 위치, 즉, 촉매 카세트의 외주부상에 배치됨으로써, 배기의 흐름을 방해하지 않고 고정할 수 있다. 또한, 촉매 반응기(12)에 장입하는 촉매 카세트의 수가 증가하더라도, 폭 방향으로 이웃하는 촉매 카세트 사이에 고정 부재(34)를 배치하면 되므로, 고정 부재(34)의 설치에 번잡함이 없으며, 촉매 카세트를 촉매 반응기(12)에 용이하게 고정할 수 있다.
또한, 이웃하는 촉매 카세트 사이에 충전재(23·24)가 마련됨으로써, 촉매 반응기(12)를 구성하는 메인 유로(32a)에 유입되는 배기가 촉매 카세트와 촉매 카세트 틈새를 빠져나와 외부로 배출되는 것을 막을 수 있어, 촉매부에 의해 NOx를 환원함으로써 배기를 충분히 정화할 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 격자 프레임은 개구부측 프레임과 개구부와 대향하는 대향부측 프레임으로 분할 가능하게 구성되고, 개구부측 프레임은 대향부측 프레임에 착탈 가능하게 마련할 수 있다. 이하에서는, 제1 개구부(13a)로부터 장입되는 복수의 제1 촉매 카세트(14)를 탑재하는 제1 격자 프레임(18)을 이용하여 분할 구조에 대해 설명한다.
제1 격자 프레임(18)은 개구부측 프레임(18c)과 개구부와 대향하는 대향부측 프레임(18d)으로 분할 가능하게 구성된다. 대향부측 프레임(18d)은 제1 개구부(13a)측으로부터 보아 가장 안쪽열의 제1 촉매 카세트(14)만을 탑재 가능하게 되어 있다. 즉, 개구부측 프레임(18c)은 제1 개구부(13a)측으로부터 보아 중간열 및 가장 앞열의 제1 촉매 카세트(14)를 탑재할 수 있게 되어 있다.
대향부측 프레임(18d)은 하우징(13)에 스테이(16)를 개재하여 고정된다. 대향부측 프레임(18d) 및 개구부측 프레임(18c)의 접촉면은 부합 가능하게 구성된다. 예를 들면, 개구부측 프레임(18c)의 접촉면에는 대향부측으로 돌출하는 핀이 형성되고, 대향부측 프레임(18d)의 접촉면에는 핀이 부합되는 부합홀이 형성되도록 구성해도 무방하다. 개구부측 프레임(18c)의 제1 개구부(13a)측 단부에는 구배부(38)가 형성된다.
개구부측 프레임(18c)의 구배부(38)에는 그 구배부(38)를 가압할 수 있게 구성되는 가압 부재(39)가 마련된다. 가압 부재(39)는 고정 부재(34)를 구성하는 가압 부재(36)와 마찬가지로 구성된다. 가압 부재(39)는 제1 개구부(13a)에 제1 덮개 부재(26)를 장착함으로써, 제1 개구부(13a)측으로부터 가압되도록 구성된다. 가압 부재(39)는 개구부측 프레임(18c)의 구배부(38)와 접촉 가능한 구배부(39a)에 마련된다. 가압 부재(39)에는, 제1 개구부(13a)측으로 돌출되는 돌출부가 마련되고, 그 돌출부의 돌출 길이는 조절 가능하게 구성된다. 가압 부재(39)는 제1 덮개 부재에 마련되는 스토퍼(도시 생략)에 의해 개구부측 프레임(18c)의 구배부(38)에 대해 하류 방향으로 이동되는 것이 규제된다.
이상의 구성에서, 제1 개구부(13a)에 제1 덮개 부재(26)를 장착함으로써, 가압 부재(39)의 접촉면에는 안쪽 방향과 평행한 방향의 분력과 수직인 방향의 분력이 가해진다. 가해지는 분력에 의해, 개구부측 프레임(18c)이 대향부측 프레임(18d)에 가압됨으로써 하우징(13)에 고정된다.
이상과 같이, 격자 프레임은 개구부측 프레임과 대향부측 프레임으로 분할 가능하게 구성됨과 함께, 개구부측 프레임은 대향부측 프레임에 착탈 가능하게 마련됨에 따라, 개구부측 프레임을 대향부측 프레임으로부터 떼어냄으로써 개구부측으로부터 보아 가장 안쪽 열에 대한 촉매 카세트의 설치 작업을 용이하게 할 수 있다. 그 때문에, 촉매 카세트의 설치 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 격자 프레임은 안쪽 방향으로 슬라이딩 가능하게 구성할 수도 있다. 이하에서는, 제1 격자 프레임(18)의 슬라이딩 구조에 대해 설명한다. 하우징(13)(벽부(19))의 폭 방향 양단부에는 제1 격자 프레임(18)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 레일부(40)가 각각 마련된다. 레일부(40)는 하우징(13)의 내측면으로부터 안쪽으로 돌출 설치되는 지지축(40a) 및 지지축(40a)으로 회전 가능하게 지지되는 롤러(40b)에 의해 구성된다.
지지축(40a)은 제1 격자 프레임(18)의 상류측 및 하류측에 각각 한 쌍 마련된다. 한 쌍의 지지축(40a)은 안쪽 방향을 따라 복수 나란히 배치된다. 각 지지축(40a)의 안쪽 단부에는 제1 격자 프레임(18)의 폭 방향 단부를 끼워 지지하는 롤러(40b)가 마련된다.
이상의 구성에서, 제1 격자 프레임(18)을 레일부(40)를 따라 움직이면, 레일부(40)를 구성하는 롤러(40b)가 회전하고, 제1 격자 프레임(18)은 슬라이딩된다. 그 때문에, 예를 들면, 제1 격자 프레임(18)의 가장 안쪽 열에 제1 촉매 카세트(14)를 설치하는 경우, 제1 격자 프레임(18)을 레일부(40)를 따라 앞쪽으로 슬라이딩함으로써 제1 개구부(13a)로부터 몸을 앞으로 내밀어 설치 작업을 하지 않고 용이하게 제1 촉매 카세트(14)를 설치할 수 있어, 촉매 카세트의 설치 작업성이 향상된다.
본 발명은, 촉매 반응기에 이용 가능하다.
1: 배기 정화 장치 12: 촉매 반응기
13a:　제1 개구부 13b: 제2 개구부
14: 제1 촉매 카세트 14a: 촉매부
14b: 외주부 15: 제2 촉매 카세트
15a: 촉매부 15b: 외주부
18: 제1 격자 프레임 18a: 제1 유입홀
18b: 제1 프레임부 18c: 개구부측 프레임
18d: 대향부측 프레임 21: 제2 격자 프레임
21a: 제2 유입홀 21b: 제2 프레임부
23: 충전재 24: 충전재
26: 제1 덮개 부재 27: 제2 덮개 부재
34: 고정 부재 100: 선박

Claims (4)

  1. 배기 중의 NOx를 환원하는 촉매부 및 상기 촉매부의 측면을 덮는 프레임체로 구성되는 외주부에 의해 구성되는 촉매 카세트; 및
    상기 촉매 카세트를 복수 탑재하는 격자 프레임을 구비하는 촉매 반응기로서,
    상기 격자 프레임은 상기 복수의 촉매부에 배기를 각각 유입하는 복수의 유입홀 및 상기 복수의 유입홀 각각을 구성하는 복수의 프레임부에 의해 구성되고,
    상기 촉매 카세트의 외주부는 상기 각 프레임부에 수납되도록 배치되는, 트 촉매 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 반응기의 일측면에는 상기 복수의 촉매 카세트를 장입하는 개구부가 마련되고,
    상기 격자 프레임은 개구부측 프레임 및 상기 개구부와 대향하는 대향부측 프레임으로 분할 가능하게 구성되고,
    상기 개구부측 프레임은 상기 대향부측 프레임에 착탈 가능하게 마련되는, 촉매 반응기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 격자 프레임은 상기 촉매 반응기의 내부에서 배기 흐름 방향의 상류측과 하류측에 마련되고,
    상기 상류측의 격자 프레임에 마련되는 촉매 카세트는 상기 하류측의 격자 프레임에 마련되는 촉매 카세트에 비해 배기의 흐름 방향으로 짧게 구성되는, 촉매 반응기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 촉매 반응기를 구비하는 선박.
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