KR20220036398A

KR20220036398A - 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치

Info

Publication number: KR20220036398A
Application number: KR1020200117676A
Authority: KR
Inventors: 선석근
Original assignee: 주식회사 동이기술
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-03-23
Also published as: KR102481523B1

Abstract

본 발명은 선박연료로 사용되는 벙커유(BUNKER_C)의 연소과정에서 질소산화물(NOx)의 생성을 최소화하는 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제는 케로신(KE, Kerosene) 100 기준중량부에 대하여, 팔루스트르산(PA, palustric Acid) 10 내지 16 중량부, 스티라시톨(STR, Styracitol) 6 내지 12 중량부를 포함한다.

Description

질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치 {Ship fuel additive and additive supply devic To reduce Nitrogen oxide concentration(NOx)}

본 발명은 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박연료로 사용되는 벙커유(BUNKER_C)의 연소과정에서 질소산화물(NOx)의 생성을 최소화하는 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치에 관한 것이다.

2019년 국립환경과학원에서 발표한 우리나라 대기 오염물질 배출량(2015년기준) 자료에 따르면 선박에서 발생된 대기오염 물질이 전체 배출량의 6.4%를 차지하며, 배출량은 29만3천440톤(t)이나 된다.

또한 전체 대기오염 물질중 선박에서 발생하는 질소산화물(NOx)은 13.1%에 이르며, 대기환경보전법에 의하면 자동차의 경우 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 매연 등에 대한 배출허용기준을 정하고 있지만, 선박의 경우는 질소산화물에 대해서만 배출허용기준을 정하고 있다.

질소산화물(NOx)은 물과 반응하여 산성비의 주원인 질산(HNO3)을 생성하며, 또한 이러한 질산(HNO3)은 극지방에서 구름 속의 수분과 재반응하여 NAT(Nitric Acid Trihydrate)를 생성하는데, 이는 오존층을 파괴하는 원인이 되기도 한다.

선박연료유가 연소되면서 발생하는 질소산화물(NOx)은 주로 비점이 500℃ 이상이며, 탄소수가 38이상인 고탄소분자(탄화수소의 결합체)의 연소로 인해 발생한다고 알려져 있고, 이는 비점이 400℃이며 탄소수가 25~35인 대부분의 벙커C유 성분들과 비교할때 이들 고탄소분자들은 연소시 월등하게 고온인 열영역대를 형성하며, 이때 흡입된 공기 중의 질소와 산소가 서로 결합하여, 대부분의 질소산화물(NO, NO2)이 생성된다.

따라서 최근들어 화석연료의 연소로부터 보다 큰 연료 효율을 얻으면서도 오염물의 생성 및 배출을 억제할 필요성에 대해 경각심이 증가하고 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위해 연료에 첨가하는 연료첨가제가 다양하게 개발 및 사용되었다.

그러나 연소과정에서 발생하는 더스트의 저감을 위해서는 연소효율 향상에 의한 미연탄소를 저감함으로서 가능한 반면, 질소산화물은 상기 연소효율의 향상에 따라 그 발생이 증가되는 경향이 있다. 따라서 기존의 연료첨가제는 미연탄소, 즉 더스트와 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 없는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 연료첨가제에서 질소산화물이 저감됨은 연료첨가제의 사용에 의한 연소용 공기의 저감, 즉 과잉공기비 저감이 가능하게 되어 과잉공기비 저감에 의한 질소산화물의 저감이 전부라 할 수 있었다.

따라서 종래의 연료첨가제는 더스트와 질소산화물을 동시에 저감할 수 없었고, 후처리 방식인 SCR(Selective Catalytic Reduction) 또는 SNCR(Selective Non Catalytic Reduction)의 방법을 이용하여 질소산화물을 저감시켰으며, 더스트 역시 각종의 집진기에 의한 저감방식을 사용하는 것이 일반적이었다.

그러나 상기한 방법들은 연소 후 배기가스의 처리방식으로서 저감율이 높으나 시설비, 유지비 등의 비용이 크고, 시설의 설치장소가 별도로 마련되어야 하는 등의 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1858683호 : 배기가스 처리 시스템 및 배기가스 스트림 처리 방법 한국등록특허 제10-0601030호 : 유해가스 저감을 유도하는 중합체의 연료 첨가제 제조방법

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 선박용 내연기관에 사용되는 연료유 특히, 벙커유의 연소과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 생성을 최소화할 수 있는 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제는 케로신(KE, Kerosene) 100 기준중량부에 대하여, 팔루스트르산(PA, palustric Acid) 10 내지 16 중량부, 스티라시톨(STR, Styracitol) 6 내지 12 중량부를 포함한다.

질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제는 상기 케로신 100 기준중량부에 대하여, 이소프로필알코올(IPA, Iso propyl alcohol) 23 내지 40 중량부와, 화이트올레익애시드(WOA, White oleic acid) 8 내지 14 중량부, 부틸셀로솔브(BC, Butyl cellosolve) 8 내지 20 중량부, 부틸카비톨(BDG, Butyl CArbitol) 4 내지 8 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 상기 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 선박용 연료에 첨가하기 위한 첨가제 공급장치에 있어서, 상기 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제가 저장되는 첨가제 저장탱크와, 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료가 저장되는 연료저장탱크로부터 소정량의 선박용 연료가 침전탱크로 이송될 수 있도록 상기 연료저장탱크와 침전탱크를 연결하는 이송관을 상기 첨가제 저장탱크와 연결하는 첨가제 공급관과, 상기 첨가제 공급관의 단부에 형성되어 상기 이송관의 내부로 상기 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 주입하는 주입노즐과, 상기 첨가제 저장탱크로부터 소정량의 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 상기 이송관으로 주입할 수 있게 펌핑하는 첨가제펌프와, 상기 연료저장탱크로부터 상기 침전탱크로 이송되는 선박용 연료의 이송량을 측정하는 유량센서와, 상기 유량센서의 측정값에 따라 상기 이송관으로 주입되는 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 주입량을 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.

상기 주입노즐은 상기 이송관의 내부로 소정길이 삽입된 회전튜브와, 상기 회전튜브의 단부에서 상기 회전튜브와 45 내지 60°각도로 경사지게 연장되어 있는 경사튜브를 포함하며, 상기 회전튜브가 회전 가능하게 형성되어 있는 노즐튜브와, 상기 경사튜브의 일측에 형성되어 상기 이송관을 통과하는 선박용 연료에 의해 일방향으로 회전할 수 있도록 힘을 받아 상기 회전튜브를 중심으로 경사튜브와 회전튜브가 회전할 수 있게 회전력을 발생하는 회전유도판을 포함하고, 상기 이송관에는 상기 이송관을 통과하는 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 유동성을 향상시킬 수 있도록 상기 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 승온하기 위한 가열부가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 이송관의 내부를 흐르는 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 혼합을 유도하도록 마련되는 혼합유도유닛을 더 구비하되, 상기 혼합유도유닛은 상기 이송관의 내부에 설치되며 이송관의 내부에서 유체가 흐르는 이송방향을 따라 전방과 후방에 소정거리 이격되도록 설치되고, 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제가 통과할 수 있는 유체통과홀들이 마련된 제1 패널 및 제2 패널과, 상기 제1 패널과 제2 패널 사이의 공간에 형성되며 자석 또는 자성을 갖는 금속재로 형성되는 믹싱부재와, 상기 이송관의 외부에 설치되되 상기 제1 패널과 제2 패널의 사이 공간에 대응하는 위치에 마련되고, 상기 믹싱부재가 상기 이송관의 내부에서 이동하도록 자력을 발생하는 전자석들을 포함하는 구동전자석부를 구비하고, 상기 믹싱부재는 상기 자성을 갖는 금속부재와, 상기 금속부재의 외주면을 감싸며 이송관의 내부와 접촉하거나 충돌할 때 충격을 완화하기 위해 고무 또는 합성수지재로 형성되는 커버부재를 포함하고, 상기 구동전자석부는 상기 전자석들이 상기 이송관의 외주면을 따라 원주방향으로 배치되어 형성될 수 있다.

본 발명의 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치는 벙커유를 연료로 사용하는 선박의 내연기관에 적용되어, 선박의 운행 중 엔진 내부의 연소공간의 온도가 적정 열영역대에서 운전이 이루어지도록 유도함에 따라 고열영역대에서 발생하는 질소산화물 및 기타 매연의 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 선박용 연료에 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 첨가하기 전후의 고분자탄소와 저분자탄소의 조성비를 표시한 도면,
도 2는 고분자탄소의 유무에 따라 연소실 내부의 탄소연소온도 추이를 표시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 첨가 여부에 따른 연소실 내에서의 열영역대 형성 추이를 표시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 사용 전과 사용 후의 실제 선박 운항시 발생하는 질소산화물 발생 수치를 비교한 도면,
도 5는 본 발명의 첨가제 공급장치의 일 실시예의 개념도,
도 6은 도 5의 첨가제 공급장치의 주입노즐과 이송관을 발췌하여 표시한 도면,
도 7은 혼합유도유닛을 더 포함하는 첨가제 공급장치의 다른 실시예의 단면도,
도 8은 혼합유도유닛을 발췌 도시한 부분절단 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제 및 첨가제 공급장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제(이하 '선박용 연료첨가제'라 함)는 케로신(KE, Kerosene), 팔루스트르산(PA, palustric Acid), 스티라시톨(STR, Styracitol), 이소프로필알코올(IPA, Iso propyl alcohol), 화이트올레익애시드(WOA, White oleic acid), 부틸셀로솔브(BC, Butyl cellosolve), 부틸카비톨(BDG, Butyl CArbitol)을 혼합하여 형성한 것이다.

각 물질들의 혼합비를 살펴보면, 먼저 케로신 100 기준중량부에 대하여 팔루스트르산 10 내지 16 중량부, 스티라시톨 6 내지 12 중량부, 이소프로필알코올 23 내지 40 중량부, 화이트올레익애시드 8 내지 14 중량부, 부틸셀로솔브 8 내지 20 중량부, 부틸카비톨 4 내지 8 중량부를 혼합하여 형성한다.

케로신은 선박용 연료첨가제의 베이스가 되는 것으로, 난방기구나 주방용 또는 가정용 석유발동기 연료로 주로 사용된다. 케로신은 연소성이 뛰어나고 악취물질을 포함하지 않으며, 인화점이 높고 취급이 안전한 편으로 연료 첨가제의 베이스물질로 적합하다.

팔루스트르산은 소나무과의 생송진에도 존재하며, 침엽수의 알칼리 증해에서 흑액의 표면에 뜨는 크림상 물질을 분리 채취한 후, 산분해하여 얻을 수 있으며, 연료첨가제에 사용되어 선박용 연료에 혼합되면, 선박용 연료에 포함되어 있는 고분자탄소가 효소작용에 의해 저분자탄소화된다.

상기 팔루스트르산의 혼합량은 케로신 100 기준중량부에 대하여 10 내지 16중량부가 혼합되는것이 바람직한데, 팔루스트르산의 혼합량이 16이 넘는 경우 지나친 저분자탄소화로 인해 선박용 연료의 열량이 저하되어 선박의 출력이 낮아지게 된다. 반대로 팔루스트르산의 혼합량이 10 미만일 경우 고분자탄소에 대한 효소작용이 부족하여 고분자탄소가 선박용 연료에 여전히 많이 남아 있게 되고, 이로 인해 질소산화물의 생성을 막을 수 없다.

상기 스티라시톨은 쪽동백(Styrax obassia, 때죽나무과)의 과피에서 축출한 당알코올의 일종이며, 파라핀계와 나프틴계 저탄소물질에 작용하여 연료개질 기능을 담당하게 된다.

상기 화이트올레인산은 올리브유와 카놀라유 등 식물성 기름분 아니라 동물 등의 유지에도 널리 포함되어 있는 지방산의 주성분으로 , 연료청정, 엔진세정, 유동성 강화, 수분유화 등의 기능을 수행한다.

부틸셀로솔브는 음이온계 계면활성제이며, 연로분산, 분사기 세정 등의 역할을 수행한다.

부틸카비톨은 극도로 낮은 증방율을 가진 용제로, 연료의 희석과 세정, 수분유화 등의 기능을 수행한다.

본 발명의 선박용 연료첨가제에서 질소산화물의 생성 저감에 있어서 가장 핵심적 역할을 담당하는 것이 상기 팔루스트르산이다.

상술한 것처럼 팔루스트르산은 선박용 연료의 고분자탄소를 효소작용을 통해 저분자탄소화하는 역할을 수행한다.

통상 선박용 연료로는 중유를 주로 사용하게 되는데, 중유의 경우 탄소수가 20 내지 70개이며, 이 중에서도 20 내지 38개의 탄소수가 가장 많은 비중을 차지한다.

중유는 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 탄소가 대략적으로 C₂₀ 내지 C₃₈로 구성되는데, 본 발명의 선박용 연료첨가제가 혼합되기 전에는 C₃₈ 또는 C₃₅와 같이 고분자탄소의 비중이 높다. 그러나 본 발명의 선박용 연료첨가제가 혼합된 후에는 C₃₈ 또는 C₃₅와 같은 고분자탄소의 비중은 낮아지고, C₃₂, C₂₆과 같은 저분자탄소의 비중이 상대적으로 높아졌다.

이처럼 저분자탄소의 비중이 높아진 것은 선박용 연료첨가제의 팔루스트르산의 효소작용에 의한 저분자탄소화 및 스티라시톨에 의한 연료개질에 의한 결과이다.

선박용 연료인 중유가 연소되는 과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)는 주로 비점이 500℃ 이상이며, 탄소수가 38 이상인 고분자탄소의 연소로 인해 발생하게 된다. 탄소수가 25 내지 35인 중유성분들은 비점이 400℃인 반면, 고분자탄소의 비점은 상술한 것처럼 500℃ 이상이기 때문에 연소시에 월등히 고온인 열영역대를 형성하며, 이러한 고분자탄소가 연소되는 과정에서 흡입된 공기 중의 질소와 산소가 서로 결합하여 질소산화물(NO, NO₂)가 생성되는 것이다.

그런데 본 발명의 선박용 연료첨가제는 탄소수가 38 이상인 고분자탄소를 저분자화하여 고분자탄소의 수를 감소시키기 때문에 도 2에 도시된 것처럼 고열영역대에서 연소가 이루어지는 고분자탄소가 감소한다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 선박용 연료첨가제가 첨가된 선박용 연료는 질소산화물이 생성되는 고열영역대에서의 가동이 감소하면서 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있다.

이에 더하여 선박용 연료첨가제에 포함되는 이소프로필알코올, 화이트올레인산 등의 첨가물들이 점도가 높은 중유의 유동성을 높여, 선박의 엔진 내부로 선박용 연료가 원활하게 공급될 수 있도록 하여 연료의 불완전연소를 줄인다.

상기 선박용 연료첨가제의 첨가에 따른 질소산화물 감소효과를 실증하기 위해 전남목포와 제주를 왕복 운항하는 선박인 산타루치나호(26,000톤급, 연료: 벙커 C유, 선령 18년, 18,000마력, 평균속도 12knot)를 대상으로 실험을 실시하였다.

실험은 본 발명의 선박용 연료첨가제를 첨가하지 않은 상태에서 운항했을 때 발생하는 질소산화물 배출량과, 본 발명의 선박용 연료첨가제를 선박용 연료 대비 2,000:1 의 비율로 첨가하여 질소산화물 배출량 실험을 실시하였다.

특히 선박용 연료첨가제는 아래의 표 1에서 볼 수 있는 것처럼 세 가지의 혼합비를 갖는 경우로 나누어 실험을 실시하였다.

실험결과 도 4에 도시된 것처럼 본 발명의 선박용 연료첨가제를 첨가하지 않은 상태에서 운항한 경우 질소산화물의 발생량이 2,773ppm이었으나, 본 발명의 선박용 연료첨가제를 첨가한 후 운항했을 때 질소산화물의 발생량이 109ppm으로 매우 저감된 것을 확인할 수 있었다.

상기 실시예1, 실시예2 및 실시예3의 경우 각각 동일 선박을 통해 질소산화물 발생량을 측정했을 때, 각각 215ppm, 109ppm, 164ppm으로 실시예2의 경우 가장 효율이 높은 것으로 나타났으며, 실시예 1 및 실시예 3의 경우 실시예 2보다는 질소산화물의 발생량이 많기는 하지만 선박용 연료첨가제를 첨가하지 않고 운행하는 경우보다는 질소산화물의 발생량이 현저하게 줄어듦을 확인할 수 있다.

도 5에는 본 발명의 선박용 연료첨가제를 선박용 연료에 첨가하기 위한 첨가제 공급장치(100)의 개념도가 도시되어 있다.

상술한 선박용 연료첨가제는 선박용 연료에 약 2000:1의 비율로 첨가하는 것이 바람직하며, 선박용 연료가 연소실로 공급되는 과정에서 선박용 연료첨가제가 선박용 연료에 혼합될 수 있도록 첨가제 공급장치(100)가 구성된다.

도시된 것처럼, 통상적으로 선박의 엔진으로 선박용 연료를 공급하기 위한 연료공급시스템은 선박용 연료가 저장되는 연료저장탱크(10)와 침전탱크(20), 여과기(30), 서비스탱크(40) 등으로 구성된다.

연료저장탱크(10)에는 통상 선박용 연료로 주로 사용되는 중유가 저장되어 있고, 이송관(50)을 통해 연료저장탱크(10)의 선박용 연료가 침전탱크(20)로 이송된다.

선박용 연료로 사용되는 중유는 원유 처리 과정에서 석유가스, 휘발유, 등유, 경유 등의 기름을 정제한 후 가장 마지막에 남는 잔사유를 포함하고 있어서 점도가 높고, 불순물도 많이 포함되어 있다. 따라서 선박용 연료는 침전탱크(20)에 일정량씩 공급되며, 침전탱크(20)에서 불순물을 침전시켜 1차로 연료를 여과한다.

침전탱크(20)의 선박용 연료는 여과기(30)를 거쳐 2차 여과가 이루어지며 서비스탱크(40)에 저장되었다가 연소실로 공급된다.

본 발명의 첨가제 공급장치(100)는 선박용 연료가 연료저장탱크(10)에서 침전탱크(20)로 이동하도록 이송관(50)을 통과하는 과정에서 선박용 연료첨가제를 공급할 수 있도록 상기 연료저장탱크(10)와 첨전탱크를 연결하는 이송관(50)에 설치된다.

첨가제 공급장치(100)는 선박용 연료첨가제가 저장되는 첨가제 저장탱크(110)와, 상기 첨가제 저장탱크(110)로부터 선박용 연료첨가제를 공급하도록 연장되는 첨가제 공급관(120)과, 첨가제 공급관(120)에 설치되어 선박용 연료첨가제를 펌핑하기 위한 첨가제펌프(130)와, 첨가제 공급관(120)의 단부에 연결되고 이송관(50)의 내부로 선박용 연료 첨가제를 주입하기 위한 주입노즐(140)과, 상기 이송관(50)에 설치되어 침전탱크(20)로 이송되는 선박용 연료의 유량을 측정하는 유량센서(150)와, 상기 유량센서(150)의 측정값에 따라 선박용 연료 첨가제의 주입량을 제어하기 위한 제어부(160) 및 이송관(50)을 감싸도록 설치되어 이송관(50)을 통과하는 선박용 연료 및 선박용 연료첨가제를 예열하는 가열부(171)를 구비한다.

선박용 연료첨가제는 첨가제 저장탱크(110)에 저장되어 있다가 연료저장탱크(10)로부터 선박용 연료가 침전탱크(20)로 이송될 때 이송관(50)으로 분사되어 선박용 연료에 혼합된다.

상술한 것처럼 선박용 연료첨가제는 선박용 연료에 약 2000:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하기 때문에 이송관(50)에 유량계를 설치하여 선박용 연료가 침전탱크(20)로 이송되는 유량을 측정하면서 상기 제어부(160)가 첨가제펌프(130)를 구동하여 상기 비율에 대응하도록 선박용 연료첨가제를 선박용 연료에 공급한다.

도 6에는 선박용 연료첨가제를 이송관(50)의 내부로 주입하기 위한 주입노즐(140)이 더욱 상세하게 도시되어 있다.

주입노즐(140)은 이송관(50)의 내부에 설치되는 노즐튜브(141)와, 노즐튜브(141)에 설치되는 회전유도판(144)을 포함한다.

노즐튜브(141)는 상기 첨가제 공급관(120)과 연결되어 첨가제펌프(130)에 의해 펌핑된 선박용 연료첨가제가 이송관(50)의 내부로 유입될 수 있도록 마련되어 있는데, 상기 이송관(50)의 내부로 소정길이 연장되고 길이방향을 따라 연장되는 중심축을 기준으로 회전이 가능하도록 설치되는 회전튜브(142)와, 회전튜브(142)의 단부에 회전튜브(142)와 45 내지 60°각도로 경사지도록 연장되는 경사튜브(143)를 포함한다.

그리고 상기 경사튜브(143)에는 이송관(50)을 통과하는 선박용 연료의 유동에 의해 상기 회전튜브(142)를 중심으로 노즐튜브(141)가 회전할 수 있게 회전력을 발생시키기 위한 회전유도판(144)이 형성되어 있어서, 상기 이송관(50)의 내부로 선박용 연료가 공급되어 이동할 때 상기 노즐튜브(141)가 회전튜브(142)를 중심으로 회전하게 된다.

따라서 선박용 연료첨가제가 이송관(50)의 내부로 주입될 때 상기 노즐튜브(141)의 회전에 따라 회전하면서 분사가 이루어지게 되고, 상기 노즐튜브(141)에 의해 선박용 연료의 유동에 난류 유동이 유도되면서 선박용 연료와 선박용 연료첨가제가 더욱 용이하게 혼합될 수 있다.

그리고 선박용 연료가 유동하는 방향 상에서 주입노즐(140)의 후방에 이송관(50)을 가열하기 위한 가열부(171)가 마련되는데, 상기 가열부(171)는 이송관(50)을 감싸는 가열본체(171)와, 가열본체(171)의 내부에 설치되어 이송관(50)을 가열하기 위한 히터부재(172)를 포함한다.

상기 히터부재(172)는 엔진의 연소열을 이용하는 히트파이프이거나 별도의 전열선으로 구성될 수 있으며, 가열부(171)를 통해서 선박용 연료의 온도를 높여 유동성을 높이고 선박용 연료가 연소실에서 더욱 용이하게 연소될 수 있도록 준비한다.

도 7 및 도 8에는 이송관(50) 내에서 선박용 연료와 선박용 연료첨가제가 더욱 골고루 혼합될 수 있도록 유도하기 위한 혼합유도유닛(180)을 더 구비하는 첨가제 공급장치(100)의 다른 실시예가 단면도 및 부분발췌 사시도로 도시되어 있다.

본 실시예의 혼합유도유닛(180)은 이송관(50) 내에서 선박용 연료가 흐르는 방향을 따라 상기 가열부(171)의 후방에 마련되어 있는데, 혼합유도유닛(180)이 가열부(171)보다 전방에 구비될 수도 있다.

상기 혼합유도유닛(180)은 선박용 연료의 이송방향을 따라 이송관(50) 내부의 전방과 후방에 소정거리 이격되도록 설치되는 제1 패널(181) 및 제2 패널(182)과, 상기 제1 패널(181)과 제2 패널(182)의 사이 공간에 형성되는 믹싱부재(183)와, 상기 제1 패널(181)과 제2 패널(182)의 사이공간에 대응하는 지점을 감싸도록 상기 이송관(50)의 외부에 설치되는 구동전자석부(186)를 구비한다.

상기 구동전자석부(186)는 상기 제어부(160)에 의해 구동이 제어될 수 있으며, 이송관(50)의 원주방향을 따라 상호 소정간격 이격되도록 배치되는 복수개의 전자석들을 포함한다.

상기 제1 패널(181)과 제2 패널(182)은 각각 선박용 연료 및 선박용 연료첨가제가 통과할 수 있도록 형성되어 있는데, 다수의 통과공이 형성되어 있는 판재형상일 수도 있고, 메쉬망 형태로 형성될 수도 있다.

상기 제1 패널(181)과 제2 패널(182)은 믹싱부재(183)가 유동하는 유동공간을 한정하기 위한 것으로 메쉬의 크기 또는 통과공의 크기는 상기 믹싱부재(183)가 통과할 수 없는 크기로 형성된다.

믹싱부재(183)는 상기 구동전자석부(186)의 가동에 따라 유동공간 내에서 유동할 수 있게 자화될 수 있는 금속재로 형성되는 금속부재(184)와, 상기 금속부재(184)의 외부를 감싸는 커버부재(185)를 구비한다.

상기 금속부재(184)가 자화가능한 금속재로 형성되기 때문에 상기 구동전자석부(186)의 구동에 의해 금속부재(184)는 이송관(50)의 내부에서 이송관(50)의 내주면을 따라 주행하거나 선박용 연료가 이동하는 유동방향과 교차하는 방향으로 이동하여 이송관(50)의 내벽에 충돌하도록 구동할 수 있다. 이 과정에서 이송관(50)의 내벽이 파손되거나 변형되는 것을 방지하도록 상기 커버부재(185)가 마련되는데, 상기 커버부재(185)는 탄성력이 있는 고무재 또는 합성수지재로 형성될 수 있고, 상기 금속부재(184)가 구동전자석부(186)에 의해 구동될 수 있게 자력이 도달할 수 있는 두께로 형성된다.

본 실시예의 첨가제 공급장치(100)는 선박용 연료첨가제가 이송관(50)의 내부로 분사되어 선박용 연료에 혼합될 때 상기 믹싱부재(183)에 의해 선박용 연료에 고르게 혼합되어 선박용 연료에 포함된 고분자탄소들이 더욱 효율적으로 저분자탄소화되도록 유도한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 선박용 연료첨가제는 선박의 연료로 사용되는 중유의 고분자탄소를 저분자탄소로 전환시켜 선박용 연료가 엔진에서 연소되는 과정에서 질소산화물의 생성이 최소화되도록 한다.

그리고 첨가제 공급장치(100)는 상기 선박용 연료첨가제가 선박용 연료에 고르게 혼합된 후 연소실로 공급되도록 유도함으로써 선박용 연료첨가제에 의한 질소산화물 생성저감효과를 극대화할 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최 광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

10: 연료저장탱크
20: 침전탱크
30: 여과기
40: 서비스탱크
50: 이송관
100: 첨가제 공급장치
110: 첨가제 저장탱크
120: 첨가제 공급관
130: 첨가제펌프
140: 주입노즐
141: 노즐튜브
142: 회전튜브
143: 경사튜브
144: 회전유도판
150: 유량센서
160: 제어부
170: 가열부
171: 가열본체
172: 히터부재
180: 혼합유도유닛
181: 제1 패널
182: 제2 패널
183: 믹싱부재
184: 금속부재
185: 커버부재
186: 구동전자석부

Claims

케로신(KE, Kerosene) 100 기준중량부에 대하여, 팔루스트르산(PA, palustric Acid) 10 내지 16 중량부, 스티라시톨(STR, Styracitol) 6 내지 12 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는
질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제.
제 1항에 있어서,
상기 케로신 100 기준중량부에 대하여, 이소프로필알코올(IPA, Iso propyl alcohol) 23 내지 40 중량부와, 화이트올레익애시드(WOA, White oleic acid) 8 내지 14 중량부, 부틸셀로솔브(BC, Butyl cellosolve) 8 내지 20 중량부, 부틸카비톨(BDG, Butyl CArbitol) 4 내지 8 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제.
제1항 또는 제2항의 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 선박용 연료에 첨가하기 위한 첨가제 공급장치에 있어서,
상기 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제가 저장되는 첨가제 저장탱크와;
선박용 연료가 저장되는 연료저장탱크로부터 소정량의 선박용 연료가 침전탱크로 이송될 수 있도록 상기 연료저장탱크와 침전탱크를 연결하는 이송관을 상기 첨가제 저장탱크와 연결하는 첨가제 공급관과;
상기 첨가제 공급관의 단부에 형성되어 상기 이송관의 내부로 상기 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 주입하는 주입노즐과;
상기 첨가제 저장탱크로부터 소정량의 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 상기 이송관으로 주입할 수 있게 펌핑하는 첨가제펌프와;
상기 연료저장탱크로부터 상기 침전탱크로 이송되는 선박용 연료의 이송량을 측정하는 유량센서와;
상기 유량센서의 측정값에 따라 상기 이송관으로 주입되는 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 주입량을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는
첨가제 공급장치.
제 3항에 있어서,
상기 주입노즐은 상기 이송관의 내부로 소정길이 삽입된 회전튜브와, 상기 회전튜브의 단부에서 상기 회전튜브와 45 내지 60°각도로 경사지게 연장되어 있는 경사튜브를 포함하며, 상기 회전튜브가 회전 가능하게 형성되어 있는 노즐튜브와,
상기 경사튜브의 일측에 형성되어 상기 이송관을 통과하는 선박용 연료에 의해 일방향으로 회전할 수 있도록 힘을 받아 상기 회전튜브를 중심으로 경사튜브와 회전튜브가 회전할 수 있게 회전력을 발생하는 회전유도판을 포함하고,
상기 이송관에는 상기 이송관을 통과하는 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 유동성을 향상시킬 수 있도록 상기 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제를 승온하기 위한 가열부가 구비된 것을 특징으로 하는
첨가제 공급장치.
제 4항에 있어서,
상기 이송관의 내부를 흐르는 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제의 혼합을 유도하도록 마련되는 혼합유도유닛을 더 구비하되,
상기 혼합유도유닛은
상기 이송관의 내부에 설치되며 이송관의 내부에서 유체가 흐르는 이송방향을 따라 전방과 후방에 소정거리 이격되도록 설치되고, 선박용 연료와 질소산화물 저감을 위한 선박용 연료첨가제가 통과할 수 있는 유체통과홀들이 마련된 제1 패널 및 제2 패널과;
상기 제1 패널과 제2 패널 사이의 공간에 형성되며 자석 또는 자성을 갖는 금속재로 형성되는 믹싱부재와;
상기 이송관의 외부에 설치되되 상기 제1 패널과 제2 패널의 사이 공간에 대응하는 위치에 마련되고, 상기 믹싱부재가 상기 이송관의 내부에서 이동하도록 자력을 발생하는 전자석들을 포함하는 구동전자석부를 구비하고,
상기 믹싱부재는 상기 자성을 갖는 금속부재와, 상기 금속부재의 외주면을 감싸며 이송관의 내부와 접촉하거나 충돌할 때 충격을 완화하기 위해 고무 또는 합성수지재로 형성되는 커버부재를 포함하고,
상기 구동전자석부는 상기 전자석들이 상기 이송관의 외주면을 따라 원주방향으로 배치되어 형성된 것을 특징으로 하는
첨가제 공급장치.