KR20180134566A - 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템 - Google Patents

질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황산화물을 저감시키기 위한 별도의 스크러버 없이도 배기가스에 포함된 황산화물을 저감 처리할 수 있도록 하고, 나아가 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역에 대한 해당 여부에 따라 황산화물 저감 처리를 선택적으로 수행할 수 있도록 한 것으로, 선박 엔진의 배기 파이프와 연장되는 형태로 연결되는 제1 배기가스 공급파이프는 제1 방출파이프가 연결된 SCR과 연결되고, 상기 배기 파이프와 연장 형태로 연결되는 제2 배기가스 공급파이프는 3방 밸브장치의 제1 밸브부와 연결되며, 상기 3방 밸브장치의 제2 밸브부에는 배기가스의 대기 방출을 위한 제2 방출파이프가 연결되고, 상기 3방 밸브장치의 제3 밸브부와 해수 출입구 용도로 선박에 구비되는 선박의 씨체스트(sea-chest)출구부 메인 씨 크로스 파이프(main sea cross pipe) 간에는 황산화물이 포함된 배기가스가 해수와 접촉하도록 제3 방출파이프로 연결되는 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템이 제공된다.

Description

질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템{Purifying System for Marine Exhaust Gas Providing NOx and SOx Reduction}
본 발명은 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황산화물을 저감시키기 위한 별도의 스크러버 없이도 배기가스에 포함된 황산화물을 저감 처리할 수 있도록 하고, 나아가 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역에 대한 해당 여부에 따라 황산화물 저감 처리를 선택적으로 수행할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물 또는 황산화물을 저감 처리하기 위하여 선택적촉매환원(12, 이하 SCR로 칭함, selective catalytic reduction)와 스크러버(14, scrubber, 배기가스정화장치)를 구비하고 있는 배기가스 처리시스템(16)이 선박에 탑재되어 있다.
위와 같이 상기 SCR(12)과 스크러버(14)를 구비하고 있는 배기가스 처리시템(16)에서 SCR(12)은 암모니아수 등의 환원제를 이용하여 선박 엔진(10)의 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 질소와 수증기로 환원시켜 궁극적으로는 질소산화물을 저감시키는 기능을 제공하게 되고, 상기 스크러버(14)는 배기가스를 스크러빙 용액과 접촉시켜 배기가스 내에 포함되어 있는 황산화물을 흡착 제거하는 기능을 제공한다.
참고로, 선박에서 상기 스크러빙 용액은 통상 해수를 사용하는 것이 일반적이기는 하나 제조공정을 통해 제조된 별도의 스크러빙 용액이 사용되기도 한다.
앞서 설명된 상기 배기가스 처리시템(16)은 선박 운항 구역에 따른 요구 되는 배기가스 배출 규정에 따라 SCR(12) 또는 스크러버(14)를 선택하고, 선택된 SCR(12) 또는 스크러버(14)를 통해 배기가스를 처리하여 대기중으로 방출하게 된다.
예컨대, 상기 SCR(12)로 배기가스가 통과할 경우에는 질소산화물이 저감 되고, 상기 스크러버(14)로 배기가스가 통과할 경우에는 황산화물이 저감 된다.
그런데, 위와 같이 선박에 탑재되는 배기가스 처리시스템(16)에서는 SCR(12)과 스크러버(14)가 함께 포함되는 구성으로 인해 충분한 설치 공간의 확보가 요구됨으로써 배기가스 처리 시스템(16)을 포함하는 엔진 룸의 배치 설계에 많은 어려움이 있었다. 아울러, 엔진 룸에 대한 케이싱의 크기도 확장되어 설비 비용이 더욱 증가하는 문제가 있었다.
특히, 엔진 룸의 설계 및 공간 확보에 제약이 있을 경우, SCR(12) 외에 스크러버(14)의 배치 공간을 확보하는데 많은 어려움이 있음은 물론, 스크러버(14)의 채용으로 인해 배기가스 처리시스템(16)의 설비 비용이 상승하는 문제가 있었다.
대한민국공개특허공보 제10-2016-0084527호
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 별도의 스크러버 없이도 배기가스에 포함된 황산화물을 저감 처리할 수 있도록 하여 배기가스 처리시스템의 비용을 절감하고, 아울러 엔진 룸의 배치에 따른 설계상 어려움과 엔진 룸의 케이싱 크기 확장에 따른 설비 비용의 증가 및 배기가스 처리시스템의 배치에 따른 어려움을 모두 해소할 수 있도록 한 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역에 대한 해당 여부에 따라 황산화물 저감 처리를 선택적으로 수행할 수 있도록 한 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 선박 엔진의 배기 파이프와 연장되는 형태로 연결되는 제1 배기가스 공급파이프는 제1 방출파이프가 연결된 SCR과 연결되고, 상기 배기 파이프와 연장 형태로 연결되는 제2 배기가스 공급파이프는 3방 밸브장치(36)의 제1 밸브부와 연결되며, 상기 3방 밸브장치의 제2 밸브부에는 배기가스의 대기 방출을 위한 제2 방출파이프가 연결되고, 상기 3방 밸브장치의 제3 밸브부와 해수 출입구 용도로 선박에 구비되는 선박의 씨체스트(sea-chest)출구부 메인 씨 크로스 파이프(main sea cross pipe) 간에는 황산화물이 포함된 배기가스가 해수와 접촉하도록 제3 방출파이프로 연결되는 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템.
또한, 본 발명에서는 3방 밸브장치는 황산화물 저감 배출지역과 황산화물 대기 방출지역이 사전 입력된 제어부와 제1 전기적 신호선을 통해 연결되고, 상기 제어부는 제2 전기적 신호선을 통해 GPS 수신기와 연결되며, 상기 제어부에서는 GPS 수신기로부터 입력된 신호값에 따라 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역에 해당 여부를 판단하고 상기 제어부에서 판단된 저감 배출지역 또는 대기 방출지역에 따라 제어부로부터 인가되는 제어 신호에 의해 3방 밸브장치의 제1 내 제3 밸브부에 대한 열림과 닫힘이 제어되어 제2 방출파이프 또는 제3 방출파이프로 배기가스의 흐름을 제어하는 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템이 제공된다.
본 발명에 따른 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템을 적용하게 되면, 별도의 스크러버 없이도 배기가스에 포함된 황산화물을 저감 처리할 수 있어 배기가스 처리시스템의 설비 비용을 절감할 수 있고, 아울러 엔진 룸의 배치에 따른 설계상 어려움과 엔진 룸의 케이싱 크기 확장에 따른 비용 상승 및 배기가스 처리시스템의 배치에 따른 어려움을 모두 해소할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템을 적용하게 되면, 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역의 해당 여부에 따라 황산화물 저감 처리 배출을 자동 제어할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 선박에 질소산화물과 황산화물 저감용 배기가스 처리시스템이 탑재된 모습을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 일반적인 질소산화물과 황산화물 저감용 배기가스 처리시스템을 보여주는 도면이다.
도 3에는 본 발명에 따른 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템(20, 이하 배기가스 처리시스템으로 칭함)에서 선박 엔진(10)의 배기 파이프(22)는 제1 배기가스 공급파이프(24) 및 제2 배기가스 공급파이프(26)와 분기 형태로 소통 연결된다.
우선, 상기 제1 배기가스 공급파이프(24)는 SCR(28)의 하단에 연결되고, 상기 SCR(28)의 상단에는 제1 방출파이프(30)가 연결된다.
상기 제2 배기가스 공급파이프(26)는 연장되는 형태로 제2 방출파이프(34)와 연결되는데, 이때 제2 배기가스 공급파이프(26)와 제2 방출파이프(34)는 3방 밸브장치(36)를 통해 연결된다.
구체적으로, 상기 3방 밸브장치(36)의 제1 밸브부(38)에는 제2 배기가스 공급파이프(26)가 연결되고, 상기 3방 밸브장치(36)의 제2 밸브부(40)는 제2 방출파이프(34)가 연결되며, 상기 3방 밸브장치(36)의 제 3밸브부(42)는 기관계통 등에 냉각수를 공급 또는 배출하기 위하여 선체 하부에 설치되는 씨체스트(sea-chest)출,입구부 중 씨체스트(sea-chest)출구부 메인 씨 크로스 파이프(main sea cross pipe)(44)와 제3 방출파이프(46)를 통해 연결된다.
하기에서는 위와 같이 구성되는 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템을 설명한다.
[질소산화물 저감 처리시]
선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스는 배기파이프(22)와 제1 배기가스 공급파이프(24) 및 질소산화물 저감 처리를 위한 SCR(28)을 통과하게 되고, 상기 SCR(28)을 통과한 배기가스는 제1 방출파이프(30)를 통해 대기로 방출된다.
이때, 상기 제1 배기가스 공급파이프(24) 상에 구비된 제1 밸브(V1)는 개방되게 되고, 제2 배기가스 공급파이프(26) 상에 구비된 제2 밸브(V2)는 폐쇄된 상태를 취하여 제1 배기가스 공급파이프(24)로 흐르는 배기가스가 제2 배기가스 공급파이프(26)로 흐르지 않게 된다.
[황산화물 배기가스 대기 방출시]
선박 엔진(10)으로 배출되는 배기가스는 배기파이프(22)와 제2 배기가스 공급파이프(32) 및 제2 방출파이프(34)를 통해 대기로 방출된다. 이러한 방출 흐름을 위해 상기 제1 밸브(V1)는 폐쇄되고 제2 밸브(V2)는 개방되는 상태를 취하게 된다. 아울러 상기 3방 밸브장치(36)에서 제1 및 제2 밸브부(38, 40)는 열림 상태가 되고 제3 밸브부(42)는 닫힘 상태가 된다.
[황산화물 배기가스 저감 처리]
선박 엔진(10)으로 배출되는 배기가스는 배기파이프(22)와 제2 배기가스 공급파이프(32)로 공급되며, 이러한 흐름을 위해 상기 제1 밸브(V1)는 폐쇄되고 제2 밸브(V2)는 개방되는 상태를 취하게 된다.
아울러 상기 3방 밸브장치(36)에서 제1 및 제3 밸브부(38, 42)는 열림 상태가 되고 제2 밸브부(40)는 닫힘 상태를 취하게 된다. 그에 따라 제2 배기가스 공급파이프(32)를 따라 흐르는 배기가스는 3방 밸브장치(36)의 제1 및 제3 밸브부(38, 42)를 통해 제3 방출파이프(46)로 흐르게 되고, 상기 제3 방출파이프(46)로 흐르는 배기가스는 선박의 씨체스트(sea-chest)출구부 메인 씨 크로스 파이프(main sea cross pipe)(44)로 방출된다.
위와 같이 씨체스트(sea-chest)출구부 메인 씨 크로스 파이프(main sea cross pipe)(44)를 통해 배출되는 배기가스는 해수와 직접적인 접촉을 통해 알카리성을 갖는 해수와의 화학작용을 일으켜 배기가스에 포함된 황산화물이 저감되는 상태로 방출된다.
[GPS(Global Positioning System)를 이용한 황산화물 배기가스 저감 처리]
상기 3방 밸브장치(36)는 제어부(48)와 제1 전기적 신호선(50)을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 제어부(48)는 제2 전기적 신호선(52)을 통해 GPS 수신기(54)와 연결된다. 아울러, 상기 제어부(48)에는 황산화물 저감 배출지역과 황산화물 대기 방출지역이 사전 입력된다. 참고로, 상기 3방 밸브장치(36)는 전기적 신호 제어를 통해 개폐가 제어될 수 있는 전자제어밸브가 사용된다.
따라서, 위성에서 보내는 신호를 GPS 수신기(54)가 수신하여 현재 선박의 위치에 대한 좌표 신호를 제어부(48)에 입력하게 되면, 상기 제어부(48)에서는 GPS 수신기(54)로부터 입력된 좌표 신호의 값이 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역에 해당되는지 여부를 판단하게 된다.
그리고, 상기 제어부(48)에서는 판단된 저감 배출지역 또는 대기 방출지역에 따라 사전 입력된 프로그램이 실행되어 해당 신호를 발생시키게 되고, 이와 같이 발생된 제어 신호는 3방 밸브장치(36)로 인가된다.
상기 3방 밸브장치(36)는 입력되는 제어 신호에 의해 제1 내 제3 밸브부(38, 40, 42)의 열림과 닫힘을 제어하여 제2 방출파이프(34) 또는 제3 방출파이프(46)로 배기가스의 흐름 방향을 제어하게 된다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
10 : 선박 엔진
12, 28 : SCR
14 : 스크러버
16, 20 : 배기가스 처리시스템
22 : 배기 파이프
24 : 제1 배기가스 공급파이프
26 : 제2 배기가스 공급파이프
30 : 제1 방출파이프
34 : 제2 방출파이프
36 : 3방 밸브장치
38 : 제1 밸브부
40 : 제2 밸브부
42 : 제3 밸브부
44 : 씨체스트 출구부 메인 씨 크로스 파이프
46 : 제3 방출파이프
48 : 제어부
50 : 제1 전기적 신호선
52 : 제2 전기적 신호선
54 : GPS 수신기

Claims (2)

  1. 선박 엔진(10)의 배기 파이프(22)와 연장되는 형태로 연결되는 제1 배기가스 공급파이프(24)는 제1 방출파이프(30)가 연결된 SCR(28)과 연결되고,
    상기 배기 파이프(22)와 연장 형태로 연결되는 제2 배기가스 공급파이프(26)는 3방 밸브장치(36)의 제1 밸브부(38)와 연결되며,
    상기 3방 밸브장치(36)의 제2 밸브부(40)에는 배기가스의 대기 방출을 위한 제2 방출파이프(34)가 연결되고, 상기 3방 밸브장치의 제3 밸브부(40)와 해수 출입구 용도로 선박에 구비되는 선박의 씨체스트(sea-chest)출구부 메인 씨 크로스 파이프(main sea cross pipe)(44) 간에는 황산화물이 포함된 배기가스가 해수와 접촉하도록 제3 방출파이프(46)로 연결되는 것을 특징으로 하는 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템.
  2. 상기 3방 밸브장치(36)는 황산화물 저감 배출지역과 황산화물 대기 방출지역이 사전 입력된 제어부(48)와 제1 전기적 신호선(50)을 통해 연결되고, 상기 제어부(48)는 제2 전기적 신호선(52)을 통해 로 GPS 수신기(54)와 연결되며,
    상기 제어부(48)에서는 GPS 수신기(54)로부터 입력된 신호값에 따라 황산화물 저감 배출지역 또는 황산화물 대기 방출지역에 해당 여부를 판단하고 상기 제어부(48)에서 판단된 저감 배출지역 또는 대기 방출지역에 따라 제어부(48)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 3방 밸브장치(36)의 제1 내 제3 밸브부(38, 40, 42)에 대한 열림과 닫힘이 제어되어 제2 방출파이프(34) 또는 제3 방출파이프(46)로 배기가스의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 질소산화물과 황산화물 저감용 선박 배기가스 처리시스템.
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