KR20210081922A - 선박의 요소수 생산 시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 요소수 생산 시스템이 개시된다. 본 발명의 선박의 요소수 생산 시스템은, 선박에 마련되며 해수로부터 청수를 생성하는 조수기; 및 상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 선내 SCR로 공급될 요소수를 생성하는 요소수 생산부:를 포함하되, 상기 요소수 생산부는, 상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 불순물을 제거하는 연수화 필터; 상기 연수화 필터로부터 불순물이 제거된 초순수를 공급받아 저장하는 물 공급 박스; 및 상기 연수화 필터를 우회하여 상기 물 공급 박스로 상기 청수를 공급하는 바이패스 라인:을 포함하고, 상기 연수화 필터로 공급되는 청수와 상기 바이패스 라인으로 우회되는 청수의 유량을 조절하여, 상기 물 공급 박스에는 요소수 생산을 위해 초순수 및 청수 중 적어도 하나가 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 요소수 생산 시스템{Producing System Of Urea Solution For Ship}
본 발명은 선박의 요소수 생산 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 선택적촉매환원장치(SCR)로 공급될 요소수를 생산하는 시스템에 관한 것이다.
최근 선박에서 각종 엔진의 연료로서 종래 사용하고 있는 중유, MDO(Marine Diesel Oil) 등을 연소시킬 경우 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염의 심각성이 대두되어, 중유 등의 오일을 연료로서 사용하는 선박의 각종 엔진에 대한 규제가 강화되고 있다.
일반적으로, 선박에서 배출되는 배기가스 성분 중 UN 산하 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)의 규제를 받는 것은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이고, EU(European Union), CARB(California Air Resources Board) 등 각 기관 및 단체에서도 황산화물(SOx) 배출에 제한을 두고 있다. 1973년 작성되고 1978년 수정, 보완하여 작성된 해양오염 방지협약(MARPOL 1973/1978; The Prevention of Marine Pollution from Ships) 의정서도 발효되어 있다.
일부 기관 및 단체에서 규정하는 황산화물 배출 통제지역 내에서 운항하는 선박은 적용시기에 따라 황 함유량 최대 0.1% 이하의 저유황 연료유 (Low Sulphur Marine Gas Oil)의 사용을 의무화하고 있고, 2020년 발효되는 IMO의 선박 황산화물 배출규제(Global Sulphur Cap 2020)에서는 선박 연료의 황산화물 함유기준이 기존 3.5%에서 0.5%로 강화된다.
질소산화물에 대해서는 2016년부터 북미와 하와이 연안 지역, 2021년부터 북유럽과 발트해 지역의 ECA(Emission Control Area)에서는 IMO Tier Ⅲ가 적용되고, 그 외의 다른 지역에서는 Tier Ⅱ가 적용되어, 디젤엔진에서 배출되는 배기 중 질소산화물의 양을 규제하고 있다.
Tier Ⅱ 또는 Tier Ⅲ를 만족하기 위해 선박의 엔진에 적용되는 대표적인 시스템으로는 배기가스 재순환 (Exhaust Gas Recirculation, EGR) 장치 및 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 장치를 들 수 있다.
SCR은 연료의 연소 후 발생한 배기가스가 지나는 배기파이프에 SCR 반응기(reactor)를 설치하여 환원 반응에 의해 질소산화물을 감소시키는 방식이다. 보다 구체적으로는 SCR Reactor 내부에서 분사된 암모니아(Ammonia)와 NOx가 촉매 존재하에 반응하여 N2와 H2O로 변해 NOx 함량이 감소하며, 그 반응식은 다음과 같다.
Figure pat00001
안전을 위해 암모니아는 유레아 수용액((NH2)2CO) 형태로 SCR 시스템에 공급되는데, 이 유레아(Urea) 수용액에서, 유레아는 하기 반응을 통해 암모니아와 이산화탄소로 분해된다.
Figure pat00002
SCR 장치에서는 유입되는 배기가스의 온도가 중요하다. SCR의 최저 요구 온도는 연료의 황 함유량과 그에 따른 배기가스 내의 황산화물 형성에 따라 달라진다. 저온에서는 황산화물이 암모니아에 의해 중화되며, 반응물로 ABS(ammonium bisulphate, NH4HSO4)를 형성하는데 이는 SCR 반응기 내부에 달라붙기 쉬워 축적될 수 있다. 이러한 반응은 높은 온도를 유지함으로써 어느 정도 방지할 수 있다. 만약 연료유 내 황함유량이 0.1 또는 그 이하라면, SCR reactor 내의 온도는 310℃로도 충분하다. 배기가스 압력이 낮을수록, 필요한 최저 요구 온도도 낮아진다.
이와 반대로 너무 높은 온도에 도달하는 때에는 촉매 내부에 SO3가 형성될 수 있는데, SO3는 나중에 물과 반응해서 황산으로 변하고 원치 않는 흰색의 에어로졸을 형성한다. 또 다른 원치 않는 반응은 NH3의 산화로, 배기가스 온도가 500℃에 가까워질 때 일어나며, 500 내지 550℃일 경우에는 촉매가 규산질화(소결) 되기 시작하므로, 이러한 점을 감안하여 SCR 가동의 최대 허용 온도가 결정된다.
이와 같이 확실한 SCR 가동을 위해서는 배기가스의 온도를 적정한 영역 내에서 유지하는 것이 중요하다.
한편, SCR 장치에서는 환원제로 무수 암모니아(NH3), NH3 수용액(25% NH3) 또는 유레아수용액(32.5% 또는 40% 수용액) 등을 사용할 수 있다. 그 중 무수 암모니아는 독성 물질로 위험성이 있고, 암모니아 수용액은 강한 부식성과 인체 및 환경 유해성으로 인해 선박에서는 유레아가 선호된다.
종래에는 요소수용액을 육상으로부터 공급받아 저장해두고 선내 SCR 장치로 공급해왔는데, 규제 강화에 따라 필요한 요소수용액이 많아지면 이를 저장하기 위한 탱크의 크기도 커지고, 한정된 선내 공간에서 탱크 설치를 위한 추가 공간을 확보하는데 설계상 어려움이 있다. 또한, 선박 제작 기준을 충족하면서, 요소수용액 저장 시 분해되며 발생하는 암모니아와의 반응성 등을 고려하면 저장탱크의 재질은 스테인리스 스틸 등 일부로 제한되며 탱크 내부에 특수 도장을 적용해야 할 수도 있어 저장탱크 및 관련 배관 제작 비용도 높은 문제가 있다.
또한, 요소수용액 상태로 저장 시 시간이 지남에 따라 계속해서 사용 수명이 줄어드는 문제도 있으며, 저장온도에 사용 수명이 달라지는데 선박의 1회 운항이 평균적으로 30일 정도인 점을 고려하면 온도를 35℃도 이하로 유지해야 하고, 저장탱크 내부에서 요소수용액의 빙결을 방지하기 위해서는 1℃ 이상으로 유지해야 하므로, 온도 조절을 위해 가열장치와 냉각장치가 모두 필요하여 이들의 설치 공간 및 설치 비용도 문제된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 선내에서 적절히 요소수를 생성하여 공급할 수 있는 장치가 필요하다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되며 해수로부터 청수를 생성하는 조수기; 및
상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 선내 SCR로 공급될 요소수를 생성하는 요소수 생산부:를 포함하되,
상기 요소수 생산부는, 상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 불순물을 제거하는 연수화 필터; 상기 연수화 필터로부터 불순물이 제거된 초순수를 공급받아 저장하는 물 공급 박스; 및 상기 연수화 필터를 우회하여 상기 물 공급 박스로 상기 청수를 공급하는 바이패스 라인:을 포함하고,
상기 연수화 필터로 공급되는 청수와 상기 바이패스 라인으로 우회되는 청수의 유량을 조절하여, 상기 물 공급 박스에는 요소수 생산을 위해 초순수 및 청수 중 적어도 하나가 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템이 제공된다.
바람직하게는 상기 요소수 생산부는, 상기 조수기로부터 상기 연수화 필터를 거쳐 상기 물 공급 박스로 연결되는 물 공급 라인; 상기 물 공급 라인에서 상기 바이패스 라인의 합류 지점 하류에 마련되는 수질 측정 센서; 상기 물 공급 라인에서 상기 연수화 필터와 상기 바이패스 라인의 분기지점 사이에 마련되는 인렛 밸브; 및 상기 바이패스 라인에 마련되는 바이패스 밸브를 더 포함하며, 상기 수질 측정 센서에서 측정된 수질에 따라 상기 인렛 밸브와 바이패스 밸브의 제어하여 상기 연수화 필터를 통과하는 청수 유량을 조절하여, 상기 물 공급 박스에는 초순수 및 청수 중 적어도 하나의 물이 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 요소수 생산부는 상기 연수화 필터에서 전기 전도도를 계측하여 상기 연수화 필터의 교체주기를 알려주는 유지보수 센서를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 요소수 생산부는, 상기 물 공급 박스로부터 상기 초순수를 공급받고 요소 분말을 용해시켜 요소수를 생성하는 혼합 탱크; 상기 혼합 탱크로 상기 요소 분말을 공급하는 요소 공급기; 및 상기 혼합 탱크의 전단에 마련되어 상기 요소 공급기로부터의 상기 요소 분말과 상기 물 공급 박스로부터의 물을 공급받아 상기 혼합 탱크로 분사하여 혼합시키는 혼합 분사기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 물 공급 박스에는 상기 물을 가열하는 가열기가 마련되며, 상기 물 공급 박스는 질소 가스부와 초순수부로 구획되고 각 부에 압력 센서가 설치될 수 있다.
바람직하게는 상기 요소수 생산부는, 상기 물 공급 라인에서 상기 바이패스 라인의 합류 지점과 상기 수질 측정 센서 사이에 마련되는 제1 물 공급 밸브; 상기 물 공급 박스와 상기 혼합 분사기 사이에 마련되는 제2 물 공급 밸브; 상기 요소 공급기로부터 상기 혼합 분사기로 연결되는 요소공급라인; 상기 요소공급라인에 마련되는 요소 공급 밸브를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 물 공급 박스의 상기 질소 가스부에 일정 압력으로 질소 가스가 주입된 후 상기 제1 물 공급 밸브를 열어 상기 물 공급 박스로 정량의 물이 공급되고, 상기 제2 물 공급 밸브를 열어 상기 물 공급 박스로부터 고온의 정량 물이 상기 혼합 분사기로 공급되며, 상기 요소 공급 밸브를 열어 상기 요소 공급기로부터 정량의 요소 분말이 상기 혼합 분사기로 공급되면, 상기 물과 요소 분말이 상기 혼합 탱크로 분사될 수 있다.
바람직하게는, 상기 요소 공급기로 공급될 요소 분말을 저장하는 요소저장탱크를 더 포함하며, 상기 요소수 생산부에는 상기 제1 물 공급 밸브의 질소 가스부, 요소 공급기, 요소저장탱크, 요소공급라인으로 압력 유지, 요소 분말 이송 또는 배관 플러싱을 위한 질소 가스가 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 요소수 생산부에서 생성된 요소수를 공급받아 저장하는 서비스 탱크; 및 상기 서비스 탱크에 마련되며 해수를 순환시켜 상기 요소수의 온도를 유지하는 냉각 코일을 더 포함하고, 상기 냉각 코일에서 상기 요소수와 열교환 후 배출되는 해수는 상기 조수기로 공급될 수 있다.
바람직하게는 상기 요소수 생산부는, 상기 혼합 탱크에 마련되어 회전체에 의해 요소 분말을 물에 균일하게 용해시키는 교반기(agitator); 및 상기 혼합 탱크에서 생성된 요소수의 농도를 감지하는 요소수 센서를 더 포함하고, 상기 요소수 센서에서 감지된 상기 혼합 탱크 내 요소수의 농도가 기준치를 만족하면 생성된 요소수는 상기 서비스 탱크로 이송될 수 있다.
바람직하게는, 상기 조수기에서 생성된 청수를 공급받아 저장하고 선내에 음용수 및 온수를 포함한 사용수로 공급하는 청수 탱크; 상기 청수 탱크로부터 선내에 음용수 또는 사용수를 공급하는 제1 공급라인; 상기 제1 공급라인에 마련되어 선내에 공급될 청수에 미네랄을 공급하는 미네랄 공급기; 상기 제1 공급라인으로부터 분기되며 선내에 온수를 공급하는 제2 공급라인; 및 상기 제2 공급라인에 마련되며 상기 청수를 가열하여 온수를 생성하는 온수가열기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 공급라인으로부터 상기 온수가열기의 하류에서 분기되어 상기 물 공급 라인에서 상기 바이패스 라인의 분기지점 상류로 연결되는 히팅 라인; 상기 제1 공급라인의 상기 미네랄 공급기 전단에서 상기 미네랄 공급기를 우회하여 상기 제2 공급라인의 상기 가열기 전단으로 연결되는 연결 라인; 및 상기 연결 라인에 마련되는 삼 방향 밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 선내 음용수나 사용수를 공급하기 위해 마련된 조수기와 연수화 필터를 통해 해수로부터 초순수 또는 고순도수를 생성하고 양질의 요소수를 제조하여 SCR로 공급할 수 있다.
특히 연수화 필터를 구비하면서도 센서와 바이패스 라인을 통해 초순수와 청수를 요소수 생성을 위해 공급하도록 함으로써, 고가인 연수화 필터의 사용 수명 및 교체 주기를 늘릴 수 있어 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
또한, 선내 온수 공급을 위한 가열기(Calorifier)를 활용하여 요소수 생성부로 가열된 청수를 공급하여 요소수를 생성할 수 있도록 구성함으로써, 흡열 반응인 요소의 용해도를 높여, 신속하고 효율적으로 요소수를 제조하여 SCR로 공급할 수 있다.
도 1 내지 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 요소수 생산 시스템을 개략적으로 도시하였다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1 내지 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 요소수 생산 시스템을 개략적으로 도시하였다.
후술하는 본 발명의 실시예에서 선박은, 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 저유황유 및 고유황유 등 연료유를 단독으로 사용하거나 LNG 등 다른 연료와 함께 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 연료유를 사용하는 기관이 마련되어 배기가스를 처리하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR)가 적용되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
먼저, 도 1에 도시된 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 실시예의 요소수 생산 시스템은 선내 배기 탈질용 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 촉매 환원 장치)로 공급될 요소수를 생산하기 위한 시스템으로, 선박에 마련되며 해수로부터 청수를 생성하는 조수기(100)와, 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 선내 SCR로 공급될 요소수를 생성하는 요소수 생산부(200)를 구비하며, 요소수 생산부에서 생성된 요소수를 공급받아 저장하는 서비스 탱크(300)가 마련되어, 서비스 탱크로부터 배관을 따라 SCR로 펌프(350)에 의해 펌핑되어 요소수가 공급된다.
서비스 탱크(300)에는 해수를 순환시켜 요소수의 온도를 유지하는 냉각 코일(CC)이 마련된다. 냉각코일(CC)을 통해 순환되는 해수에 의해 서비스 탱크 내 요소수의 온도는 35℃ 이하, 더욱 바람직하게는 빙결을 방지하면서 사용 수명을 유지할 수 있도록 1 내지 35℃로 유지된다. 조수기 해수 펌프(SP)에 의해 선내 해수 상자(Sea chest)로부터 냉각 코일(CC)로 해수가 공급되고, 서비스 탱크 내 냉각 코일에서 요소수와 열교환 후 배출되는 해수는 다시 조수기(100)로 공급되어 청수 생성에 활용된다. 조수기에서 생성된 청수는 물 공급부(400)로 보내 선내 음용수 및 사용수로 공급된다.
도 2에는 요소수 생산부의 구성을 보다 상세하게 도시하였고, 도 3에는 전체적인 본 실시예 시스템의 상세 구성을 도시하였다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이 요소수 생산부(200)는, 상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 불순물을 제거하는 연수화 필터(210), 연수화 필터로부터 불순물이 제거된 초순수를 공급받아 저장하는 물 공급 박스(220)를 포함한다.
상기 조수기로부터 상기 연수화 필터를 거쳐 상기 물 공급 박스로 연결된 후 후술하는 혼합 분사기로 이어지는 물 공급 라인(WL)이 마련되고, 연수화 필터를 우회하여 물 공급 박스로 상기 청수를 공급하는 바이패스 라인(BL)이 연수화 필터의 전단에서 물 공급 라인으로부터 분기된 후 연수화 필터의 후단의 물 공급 라인으로 합류된다. 물 공급 라인(WL)에서 바이패스 라인(BL)의 합류 지점 하류에는 수질 측정 센서(WS)가 마련된다.
물 공급 라인에서 상기 연수화 필터와 상기 바이패스 라인의 분기지점 사이에는 인렛 밸브(V1)가, 바이패스 라인에는 바이패스 밸브(V2)가 각각 마련된다.
조수기(100)는 해수로부터 청수를 생산하여 선내 음용수, 생활용수 등의 사용수를 공급할 수 있는 장치로, 선내에 필수적으로 구비되는 장치이다. 이러한 조수기는 저압증발식 또는 RO TYPE의 조수기가 적용될 수 있다. 본 실시예에서는 이렇게 선내에 필수적으로 구비되는 조수기로부터 생성된 청수를 이용하여, SCR로 공급될 요소수를 생산하여 공급할 수 있도록 구성한 것이다.
조수기에서 생성된 청수의 경우, 해수로부터 생성되므로 조수기를 거치더라도 불순물이 일부 함유되어, 요소수 기준을 만족하지 못할 수 있다. 연수화 필터(210)는 청수에 포함되어있는 이러한 불순물을 걸러내는 장치로, 연수화 필터를 거친 청수는 초순수가 된다. 다만, 이러한 연수화 필터는 고가의 장비이며, 요소수 생성을 위한 물 전부를 연수화 필터를 거치도록 한다면 불순물을 걸러내는 주기가 짧아져 필터의 사용 수명이 짧아지고, 유지보수 비용이 높아지는 문제가 있다.
본 실시예에서는 이를 해결하기 위해 수질 측정 센서(WS)와 바이패스 라인(BL)을 구성하여, 요소수 기준을 충족하여 양질의 요소수를 생성하면서도 연수화 필터의 사용 수명을 늘릴 수 있도록 하였다.
즉, 청수와 초순수가 합류된 연수화 필터의 하류에서 수질 측정 센서(WS)를 통해 측정된 수질에 따라 물 공급 라인의 연수화 필터 전단의 인렛 밸브(V1)와 바이패스 라인의 바이패스 밸브(V2)를 제어하여, 연수화 필터를 통과하며 여과되는 청수와 이를 우회하는 청수의 유량을 조절한다. 따라서 수질 측정 센서를 통해 측정된 수질에 따라 물 공급 박스에는 요소수 기준에 맞추어 초순수 및 청수가 혼합되어 공급될 수 있다. 이와 같이 연수화 필터를 우회하는 고가인 연수화 필터의 사용 수명 및 교체 주기를 늘릴 수 있어 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
요소수 생산부에는 상기 연수화 필터에서 전기 전도도를 계측하여 상기 연수화 필터의 교체주기를 알려주는 유지보수 센서(S2)가 마련된다.
한편, 요소수 생산부(200)는, 물 공급 박스로부터 상기 초순수를 공급받고 요소 분말을 용해시켜 요소수를 생성하는 혼합 탱크(230), 혼합 탱크로 요소 분말을 공급하는 요소 공급기(240)를 포함한다. 혼합 탱크의 전단에는 요소 공급기로부터의 요소 분말과 물 공급 박스로부터 공급된 물을 공급받아 혼합 탱크로 분사하여 혼합시키는 혼합 분사기(250)가 마련된다.
물 공급 박스(220)에는 흡열 반응인 요소 용해반응을 원활하게 하기 위해 혼합 탱크로 공급될 물을 가열하는 가열기(미도시)가 마련되며, 가열기에 의해 물 공급 박스의 물은 90℃ 내외로 유지될 수 있다.
물 공급 박스는 질소 가스부(미도시)와 초순수부(미도시)로 구획되어, 물과 질소 가스가 혼합되지 않고 분리될 수 있다. 각 부에는 압력 센서(P1, P2)가 설치된다.
또한, 물 공급 라인에서 바이패스 라인의 합류 지점과 수질 측정 센서 사이에는 제1 물 공급 밸브(V3)가 마련된다.
물 공급 박스의 질소 가스부에 일정 압력으로 질소 가스가 주입되면, 물 공급 라인의 제1 물 공급 밸브(V3)를 열어 물 공급 박스에 일정 압력으로 정량의 물이 공급되고, 제 물 공급 밸브(V4)를 열면 물 공급 박스로부터 고온의 정량 물이 한 사이클(cycle)에 혼합 분사기로 공급될 수 있다.
요소수 생산부(200)는, 요소 공급기로부터 상기 혼합 분사기로 연결되는 요소공급라인(UL)과, 요소공급라인에 마련되는 요소 공급 밸브(V6)를 더 포함한다.
물 공급 박스로부터 고온의 정량 물이 일정 압력으로 혼합 분사기에 공급되면, 상기 요소 공급 밸브(V6)를 열어 요소 공급기로부터 정량의 요소 분말이 혼합 분사기로 공급된다. 질소 가스 등 기체를 요소공급라인으로 공급하여 관내에 잔류하는 요소 분말이 없도록 플러싱(flushing)할 수 있다.
혼합 분사기(250)로부터 물과 요소 분말이 혼합 탱크(230)로 일정한 압력을 가지고 분사됨으로써 잘 혼합될 수 있다.
본 시스템에는 요소 공급기로 공급될 요소 분말을 저장하는 요소저장탱크(UT)가 구비되어, 요소저장탱크(UT)로부터 정량의 요소 분말이 요소 공급기(240)로 이송되도록 한다. 요소 공급기는 이를 일시적으로 저장해두었다가 혼합 분사기로 이송한다.
한편, 요소수 생산부에서 제1 물 공급 밸브의 질소 가스부, 요소 공급기, 요소저장탱크, 요소공급라인 등에는 압력 유지, 요소 분말 이송 또는 배관 플러싱을 위한 질소 가스(N2)가 공급될 수 있는데, 시스템 외부로부터 단일한 배관을 통해 질소 가스를 공급한 후 배관 단부를 각 장치로 분기하여 질소 가스가 필요한 장치에 분배하여 공급할 수 있다. 다만, 압력 유지, 분말 이송, 배관 및 탱크의 퍼징 등을 위해 공급되는 기체는 질소(N2) 가스 외에도, 건조 공기(dry air), 컨트롤 에어(Control Air), 서비스 에어(Service Air) 등이 적용될 수도 있다.
요소수 생산부에서 상기 혼합 탱크(230)에는 회전체에 의해 요소 분말을 물에 균일하게 용해시키는 교반기(agitator)(235)와, 혼합 탱크에서 생성된 요소수의 농도를 감지하는 요소수 센서(S1)가 마련된다.
요소수 센서(S1)에서 감지된 혼합 탱크(230) 내 요소수의 농도가 기준치를 만족하면 생성된 요소수는 서비스 탱크(300)로 이송되어 선내 SCR로 공급될 수 있다.
도 3에는 본 실시예 시스템의 전체적인 상세 구성을 도시하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 조수기(100)에서 생성된 청수는 청수 탱크(FT)로 이송되어 저장되고 물 공급부에서 적절한 처리를 거쳐 선내에 음용수 및 온수를 포함한 사용수로 공급될 수 있다.
이를 위해 청수 탱크로부터 선내에 음용수 또는 사용수를 공급하는 제1 공급라인(SL1)과 제1 공급라인으로부터 분기되며 선내에 온수를 공급하는 제2 공급라인(SL2)이 마련된다.
조수기에서 생성되는 청수는 선원이 음용수로 사용하기에는 미네랄(mineral)이 부족할 수 있어, 이를 보충하기 위해 제1 공급라인에는 선내에 공급될 청수에 미네랄을 공급하는 미네랄 공급기(410)가 추가로 마련될 수 있다.
제2 공급라인(SL2)에는 청수를 가열하여 온수를 생성하는 온수가열기(420)가 마련된다. 온수가열기는 스팀이나 전기를 이용하여 청수를 가열하는 calorifier로 구비될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 이러한 선내 온수 공급을 위한 온수가열기(420)를 활용하여 요소수 생성을 위한 물을 공급할 수 있도록 히팅 라인(HL)을 추가로 구성하였다. 히팅 라인(HL)은 제2 공급라인으로부터 가열기의 하류에서 분기되어 물 공급 라인에서 바이패스 라인의 분기지점 상류로 연결된다. 또한, 제1 공급라인의 미네랄 공급기 전단에서 미네랄 공급기를 우회하여 제2 공급라인의 상기 가열기 전단으로 연결되는 연결 라인(CL)을 구성하고, 연결 라인에는 삼 방향 밸브(430)를 마련한다.
선원에게 음용수를 공급하는 경우 제1 공급라인을 통해 미네랄 공급기(410)를 거친 물을 공급할 수 있다. 그러다가 요소수 생성을 위한 온수 공급으로 전환하는 경우 삼 방향 밸브(430)를 조절하여 청수 탱크로부터 연결 라인(CL)을 통해 온수가열기(420)로 청수를 공급하고, 온수가열기를 거쳐 가열된 물을 히팅 라인(HL)으로 보내 요소수 생성부(200)로 공급하게 된다.
이러한 사용 전환 시 온수가열기 내부에 미네랄이 포함된 물이 있는 경우 이를 다 소모할 동안에는 제2 공급라인을 통해 선내용 온수 쪽으로 공급하고, 온수가열기와 배관을 충분히 플러싱(flushing)하여 잔여 미네랄을 최대한 제거한 후 히팅 라인으로 물을 보내도록 제어한다.
히팅 라인을 통해 공급된 고온수도 연수화 필터를 거치거나 연수화 필터를 우회하여 바이패스 라인을 거쳐 물 공급 탱크로 공급될 수 있다. 이와 같이 온수가열기를 활용함으로써 물 공급 박스 내 가열기의 사용을 줄일 수 있고, 전력 사용을 줄일 수 있다. 요소수 생성 시스템은 상시 가동되는 것이 아니고, 청수 요구량도 많지 않으므로, 온수가열기를 통해 요소수 생성을 위한 물을 공급하고 일시적으로 선내 온수 공급을 차단하더라도 문제되지 않는다.
본 시스템에는 센서들 및 밸브들을 포함한 시스템 내 장치구성들의 작동을 제어하기 위한 컨트롤 패널(CP)이 마련된다.
본 실시예의 시스템을 통해 선내 조수기와 온수가열기를 활용하여 고온의 물을 공급함으로써 흡열 반응인 요소의 용해도를 높여, 신속하고 효율적으로 요소수를 제조하여 SCR로 공급할 수 있고, 연수화 필터를 통해 해수로부터 초순수 또는 고순도수를 생성하여 양질의 요소수를 제조하면서도 연수화 필터의 사용 수명 및 교체 주기를 늘릴 수 있어 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
100: 조수기
200: 요소수 생성부
210: 연수화 필터
220: 물 공급 박스
230: 혼합 탱크
240: 요소 공급기
250: 혼합 분사기
300: 서비스 탱크
400: 물 공급부
WL: 물 공급 라인
BL: 바이패스 라인
UL: 요소공급라인
SL1: 제1 공급라인
SL2: 제2 공급라인
HL: 히팅 라인
CL: 연결 라인
V1: 인렛 밸브
V2: 바이패스 밸브
V3: 제1 물 공급 밸브
V4: 가스 공급 밸브
V5: 제2 물 공급 밸브
V6: 요소 공급 밸브
CP: 컨트롤 패널

Claims (12)

  1. 선박에 마련되며 해수로부터 청수를 생성하는 조수기; 및
    상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 선내 SCR로 공급될 요소수를 생성하는 요소수 생산부:를 포함하되,
    상기 요소수 생산부는, 상기 조수기로부터 상기 청수를 공급받아 불순물을 제거하는 연수화 필터; 상기 연수화 필터로부터 불순물이 제거된 초순수를 공급받아 저장하는 물 공급 박스; 및 상기 연수화 필터를 우회하여 상기 물 공급 박스로 상기 청수를 공급하는 바이패스 라인:을 포함하고,
    상기 연수화 필터로 공급되는 청수와 상기 바이패스 라인으로 우회되는 청수의 유량을 조절하여, 상기 물 공급 박스에는 요소수 생산을 위해 초순수 및 청수 중 적어도 하나가 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 요소수 생산부는
    상기 조수기로부터 상기 연수화 필터를 거쳐 상기 물 공급 박스로 연결되는 물 공급 라인;
    상기 물 공급 라인에서 상기 바이패스 라인의 합류 지점 하류에 마련되는 수질 측정 센서;
    상기 물 공급 라인에서 상기 연수화 필터와 상기 바이패스 라인의 분기지점 사이에 마련되는 인렛 밸브; 및
    상기 바이패스 라인에 마련되는 바이패스 밸브를 더 포함하며,
    상기 수질 측정 센서에서 측정된 수질에 따라 상기 인렛 밸브와 바이패스 밸브의 제어하여 상기 연수화 필터를 통과하는 청수 유량을 조절하여, 상기 물 공급 박스에는 초순수 및 청수 중 적어도 하나의 물이 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 요소수 생산부는 상기 연수화 필터에서 전기 전도도를 계측하여 상기 연수화 필터의 교체주기를 알려주는 유지보수 센서를 더 포함하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 요소수 생산부는
    상기 물 공급 박스로부터 상기 초순수를 공급받고 요소 분말을 용해시켜 요소수를 생성하는 혼합 탱크;
    상기 혼합 탱크로 상기 요소 분말을 공급하는 요소 공급기; 및
    상기 혼합 탱크의 전단에 마련되어 상기 요소 공급기로부터의 상기 요소 분말과 상기 물 공급 박스로부터의 물을 공급받아 상기 혼합 탱크로 분사하여 혼합시키는 혼합 분사기를 더 포함하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 물 공급 박스에는 상기 물을 가열하는 가열기가 마련되며,
    상기 물 공급 박스는 질소 가스부와 초순수부로 구획되고 각 부에 압력 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 요소수 생산부는
    상기 물 공급 라인에서 상기 바이패스 라인의 합류 지점과 상기 수질 측정 센서 사이에 마련되는 제1 물 공급 밸브;
    상기 물 공급 박스와 혼합 분사기 사이에 마련되는 제2 물 공급 밸브;
    상기 요소 공급기로부터 상기 혼합 분사기로 연결되는 요소공급라인;
    상기 요소공급라인에 마련되는 요소 공급 밸브를 더 포함하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 물 공급 박스의 상기 질소 가스부에 일정 압력으로 질소 가스가 주입된 후 상기 제1 물 공급 밸브를 열어 상기 물 공급 박스로 정량의 물이 공급되고, 상기 제2 물 공급 밸브를 열어 상기 물 공급 박스로부터 고온의 정량 물이 상기 혼합 분사기로 공급되며,
    상기 요소 공급 밸브를 열어 상기 요소 공급기로부터 정량의 요소 분말이 상기 혼합 분사기로 공급되면, 상기 물과 요소 분말이 상기 혼합 탱크로 분사되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 요소 공급기로 공급될 요소 분말을 저장하는 요소저장탱크를 더 포함하며,
    상기 요소수 생산부에는 상기 제1 물 공급 밸브의 질소 가스부, 요소 공급기, 요소저장탱크, 요소공급라인으로 압력 유지, 요소 분말 이송 또는 배관 플러싱을 위한 질소 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  9. 제 2항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요소수 생산부에서 생성된 요소수를 공급받아 저장하는 서비스 탱크; 및
    상기 서비스 탱크에 마련되며 해수를 순환시켜 상기 요소수의 온도를 유지하는 냉각 코일을 더 포함하고,
    상기 냉각 코일에서 상기 요소수와 열교환 후 배출되는 해수는 상기 조수기로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 요소수 생산부는
    상기 혼합 탱크에 마련되어 회전체에 의해 요소 분말을 물에 균일하게 용해시키는 교반기(agitator); 및
    상기 혼합 탱크에서 생성된 요소수의 농도를 감지하는 요소수 센서를 더 포함하고,
    상기 요소수 센서에서 감지된 상기 혼합 탱크 내 요소수의 농도가 기준치를 만족하면 생성된 요소수는 상기 서비스 탱크로 이송되는 것을 특징으로 하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 조수기에서 생성된 청수를 공급받아 저장하고 선내에 음용수 및 온수를 포함한 사용수로 공급하는 청수 탱크;
    상기 청수 탱크로부터 선내에 음용수 또는 사용수를 공급하는 제1 공급라인;
    상기 제1 공급라인에 마련되어 선내에 공급될 청수에 미네랄을 공급하는 미네랄 공급기;
    상기 제1 공급라인으로부터 분기되며 선내에 온수를 공급하는 제2 공급라인; 및
    상기 제2 공급라인에 마련되며 상기 청수를 가열하여 온수를 생성하는 온수가열기를 더 포함하는 선박의 요소수 생산 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 공급라인으로부터 상기 온수가열기의 하류에서 분기되어 상기 물 공급 라인에서 상기 바이패스 라인의 분기지점 상류로 연결되는 히팅 라인;
    상기 제1 공급라인의 상기 미네랄 공급기 전단에서 상기 미네랄 공급기를 우회하여 상기 제2 공급라인의 상기 가열기 전단으로 연결되는 연결 라인; 및
    상기 연결 라인에 마련되는 삼 방향 밸브;를 더 포함하는 선박의 요소수 생산 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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