KR20220107782A - Ammonia fuel supply apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a device for supplying an ammonia fuel. The device for supplying an ammonia fuel can improve space occupancy in a vessel and effectively reduce nitrogen oxide caused by combustion of an ammonia fuel. According to an embodiment of the present invention, the device for supplying an ammonia fuel includes: a urea storage tank storing solid urea and supplying the ammonia fuel to a combustion engine by being installed in the vessel; a urea solution generating unit receiving the solid urea from the urea storage tank and generating a urea solution; a heating unit heating the urea solution supplied from the urea solution generating unit and generating a mixed gas including ammonia; a cooling unit cooling the mixed gas supplied from the heating unit in order and generating liquid ammonia in which water and carbon dioxide are removed, thereby supplying the liquid ammonia to the combustion engine; and a water circulation pipe enabling the water discharged from the cooling unit to circulate to the urea solution generating unit.

Description

암모니아 연료 공급장치{Ammonia fuel supply apparatus}Ammonia fuel supply apparatus

본 발명은 암모니아 연료 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요소를 고체 상태로 보관하여 암모니아의 폭발 위험성을 줄이면서 선내 공간 활용도를 증대시킬 수 있고, 연소기관과 선택적촉매환원반응기에서 각각 요구되는 암모니아의 상태에 맞추어 고체 요소를 변환하여 사용할 수 있는 암모니아 연료 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ammonia fuel supply device, and more particularly, by storing urea in a solid state, it is possible to reduce the risk of ammonia explosion while increasing the use of space in the ship, and ammonia required in a combustion engine and a selective catalytic reduction reactor, respectively. It relates to an ammonia fuel supply that can be used by converting solid urea according to the state of the

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 화석 연료의 연소 과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 질소산화물과 황산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 유엔 산하기관인 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)로부터 배출 규제를 받고 있다. 실제, 국제해사기구는 2020년부터 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)뿐만 아니라 글로벌지역(global Area)에서도 연료의 황함유량을 0.5%로 제한하고 있으며, 2008년 대비 이산화탄소의 배출량을 2030년까지 40% 줄이고 2050년까지 70% 줄이는 것을 추진 중에 있다. 이에 따라, 저탄소 또는 탈탄소 연료를 이용하여 동력을 생성하는 친환경 선박의 개발이 요구되고 있으며, 차세대 친환경 연료 중 하나로 연소 시 이산화탄소의 배출이 없는 액상의 암모니아가 대두되고 있다.In general, various engines installed in ships generate power by burning fossil fuels, and exhaust gas generated in the process of burning fossil fuels includes nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon dioxide, and the like. As air pollution increases, regulations on various harmful substances in exhaust gas are becoming stricter, and not only nitrogen oxides and sulfur oxides, but also carbon dioxide have been regulated by the International Maritime Organization (IMO), an affiliate of the United Nations. are receiving In fact, from 2020, the International Maritime Organization limits the sulfur content of fuel to 0.5% not only in the Emission Control Area (ECA) but also in the global area, and reduces carbon dioxide emissions from 2008 to 2030. It is in the process of reducing it by 40% and reducing it by 70% by 2050. Accordingly, development of an eco-friendly ship that generates power using a low-carbon or decarbonized fuel is required, and liquid ammonia, which does not emit carbon dioxide during combustion, is emerging as one of the next-generation eco-friendly fuels.

액상의 암모니아는 연소 시 이산화탄소의 배출이 없는 장점이 있으나, 질소산화물의 배출량이 화석 연료보다 배가(倍加)되는 단점이 있으므로, 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)의 설치가 필수적이다. 선택적촉매환원반응기는 환원제와 섞인 배기가스를 반응기 내부에 설치된 촉매층에 통과시켜 질소산화물을 질소와 물로 환원시키는데, 환원제로써 기상의 암모니아가 사용된다. 기상의 암모니아는 폭발 위험성과 부식성이 높아 저장과 사용이 어려운 문제가 있으며, 이로 인해, 종래에는 암모니아를 생성할 수 있는 요소수를 탱크에 보관하고, 필요 시 선택적촉매환원반응기에서 요소수를 열분해하여 기상의 암모니아로 변환시켜 사용하였다. 그러나, 전술한 바와 같이, 액상의 암모니아는 질소산화물의 배출량이 화석 연료보다 배가되므로, 더 많은 양의 요소수를 필요로 하며, 이에 따라, 요소수의 보관을 위한 저장 공간이 더 많이 필요하여 선내 공간 활용도가 저하되고 비용도 증가되는 문제가 있다. 따라서, 필요 시 고체요소와 청수를 혼합하여 요소수를 생성하여 사용하는 시스템이 제안되었으나, 청수의 생성을 위해 보일러가 가동되어야 하므로 연료 및 에너지가 추가로 소모되고, 이에 따라, 또 다른 배기가스가 생성되는 문제가 있다.Liquid ammonia has the advantage of not emitting carbon dioxide during combustion, but has the disadvantage that the emission of nitrogen oxides is doubled than that of fossil fuels. is essential The selective catalytic reduction reactor reduces nitrogen oxides to nitrogen and water by passing exhaust gas mixed with a reducing agent through a catalyst layer installed inside the reactor, and ammonia in gaseous phase is used as a reducing agent. Gas phase ammonia is difficult to store and use due to its high explosive risk and corrosiveness. For this reason, conventionally, urea water capable of generating ammonia is stored in a tank, and when necessary, urea water is thermally decomposed in a selective catalytic reduction reactor. It was used by converting it into gaseous ammonia. However, as described above, since liquid ammonia has twice the amount of nitrogen oxides emitted than fossil fuels, it requires a larger amount of urea water. There is a problem in that space utilization is reduced and costs are also increased. Therefore, a system for generating and using urea water by mixing solid urea and fresh water when necessary has been proposed, but fuel and energy are additionally consumed because a boiler must be operated to generate fresh water, and, accordingly, another exhaust gas There is a problem being created.

이에, 추가로 소모되는 연료 및 에너지 없이 선내 공간 활용도를 증대시키면서 연소기관과 선택적촉매환원반응기에서 각각 요구되는 암모니아의 상태에 맞추어 공급할 수 있는 구조의 연료공급장치가 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a fuel supply device having a structure capable of supplying ammonia according to the state of ammonia required in the combustion engine and the selective catalytic reduction reactor, respectively, while increasing the space utilization within the ship without additional fuel and energy consumed.

대한민국 공개특허 제10-2015-0059032호 (2015. 05. 29.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0059032 (2015. 05. 29.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 요소를 고체 상태로 보관하여 암모니아의 폭발 위험성을 줄이면서 선내 공간 활용도를 증대시킬 수 있고, 연소기관과 선택적촉매환원반응기에서 각각 요구되는 암모니아의 상태에 맞추어 고체 요소를 변환하여 사용할 수 있는 암모니아 연료 공급장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is that urea is stored in a solid state to reduce the risk of ammonia explosion while increasing the space utilization in the ship, and solid urea according to the state of ammonia required in the combustion engine and the selective catalytic reduction reactor, respectively It is to provide an ammonia fuel supply that can be converted and used.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 암모니아 연료 공급장치는, 선박에 설치되어 연소기관으로 암모니아 연료를 공급하며, 고체요소를 저장하는 요소저장탱크와, 상기 요소저장탱크로부터 상기 고체요소를 공급받아 요소수를 생성하는 요소수생성유닛과, 상기 요소수생성유닛으로부터 공급되는 상기 요소수를 가열하여 암모니아를 포함하는 혼합가스를 생성하는 가열유닛과, 상기 가열유닛으로부터 공급받은 상기 혼합가스를 순차적으로 냉각하여 물과 이산화탄소가 제거된 액상암모니아를 생성하고 상기 액상암모니아를 상기 연소기관으로 공급하는 냉각유닛, 및 상기 냉각유닛에서 배출된 상기 물을 상기 요소수생성유닛으로 순환시키는 물순환관을 포함한다.Ammonia fuel supply device according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, is installed on a ship to supply ammonia fuel to a combustion engine, and a urea storage tank for storing solid urea, and the solid from the urea storage tank A urea water generating unit receiving urea to generate urea water, a heating unit heating the urea water supplied from the urea water generating unit to generate a mixed gas containing ammonia, and the mixture supplied from the heating unit A cooling unit that sequentially cools the gas to generate liquid ammonia from which water and carbon dioxide are removed and supplies the liquid ammonia to the combustion engine, and a water cycle that circulates the water discharged from the cooling unit to the urea water generating unit Includes tube.

상기 냉각유닛은, 상기 혼합가스를 수증기가 응축하는 제1 온도로 냉각하는 제1 냉각부와, 상기 혼합가스 또는 상기 혼합가스에서 물이 제거된 가스를 암모니아 기체가 응축하는 제2 온도로 냉각하는 제2 냉각부를 포함하며, 상기 물순환관은 일단이 상기 제1 냉각부에 직접 연결되거나 상기 제1 냉각부와 상기 제2 냉각부 사이에 연결될 수 있다.The cooling unit includes a first cooling unit for cooling the mixed gas to a first temperature at which water vapor condenses, and a second temperature for cooling the mixed gas or gas from which water is removed from the mixed gas to a second temperature at which ammonia gas condenses. It includes a second cooling unit, and one end of the water circulation pipe may be directly connected to the first cooling unit or may be connected between the first cooling unit and the second cooling unit.

상기 암모니아 연료 공급장치는, 상기 물순환관 상에 설치되어 상기 물을 상온으로 냉각하는 쿨러와, 내부에 열매체가 유동하며 상기 쿨러와 상기 요소수생성유닛을 순환하는 열교환관을 더 포함하되, 상기 쿨러에서 상기 물과 열교환하여 가열된 상기 열매체는 상기 고체요소에 열을 전달할 수 있다.The ammonia fuel supply device further includes a cooler installed on the water circulation pipe to cool the water to room temperature, and a heat medium flowing therein and a heat exchange tube circulating the cooler and the urea water generating unit, wherein the The heating medium heated by heat exchange with the water in the cooler may transfer heat to the solid element.

상기 암모니아 연료 공급장치는, 상기 연소기관에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관과, 상기 배기관 상에 연결되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)를 더 포함하되, 상기 선택적촉매환원반응기는 상기 요소수생성유닛으로부터 상기 요소수를 직접 공급받거나 상기 가열유닛으로부터 상기 혼합가스를 공급받을 수 있다.The ammonia fuel supply device includes an exhaust pipe for discharging exhaust gas generated from the combustion engine, and a selective catalytic reduction reactor (SCR) connected to the exhaust pipe to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Further comprising, the selective catalytic reduction reactor may receive the urea water directly from the urea water generating unit or receive the mixed gas from the heating unit.

상기 암모니아 연료 공급장치는, 상기 배기관에서 분기되어 상기 가열유닛을 경유하는 열전달관을 더 포함하되, 상기 가열유닛은 상기 열전달관을 유동하는 상기 배기가스의 열을 이용하여 상기 요소수를 가열할 수 있다.The ammonia fuel supply device may further include a heat transfer pipe branching from the exhaust pipe and passing through the heating unit, wherein the heating unit heats the urea water using heat of the exhaust gas flowing through the heat transfer pipe. have.

상기 요소수생성유닛은, 일 측에 상기 물순환관의 타단이 연결되며 내부에 상기 고체요소를 수용하는 통 형상의 본체와, 상기 본체 내부에 회전 가능하게 설치되어 상기 고체요소와 상기 물을 혼합하는 교반기를 포함할 수 있다.The urea water generating unit, the other end of the water circulation pipe is connected to one side and a tubular body accommodating the solid element therein, and is rotatably installed inside the main body to mix the solid element and the water It may include a stirrer.

본 발명에 따르면, 요소를 고체 상태로 보관하고 필요 시 요소수를 생성 및 변환하여 연소기관과 선택적촉매환원반응기에서 각각 요구되는 암모니아의 상태에 맞추어 공급할 수 있다. 따라서, 요소수 상태로 보관하는 종래의 경우보다 선내 공간 활용도를 증대시킬 수 있으며, 더 많은 양의 암모니아를 생성할 수 있어 암모니아 연료의 연소에 따른 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다.According to the present invention, urea can be stored in a solid state and, if necessary, urea water is generated and converted to be supplied according to the state of ammonia required in the combustion engine and the selective catalytic reduction reactor, respectively. Therefore, it is possible to increase the space utilization in the ship than in the conventional case of storing urea water, and it is possible to generate a larger amount of ammonia, so that it is possible to effectively reduce nitrogen oxides due to the combustion of ammonia fuel.

또한, 변환된 액상암모니아가 연소기관에 공급되어 연료로 사용되므로, 연소기관의 연소 시 이산화탄소가 발생되지 않아 국제해사기구의 배출규제를 용이하게 만족시킬 수 있다.In addition, since the converted liquid ammonia is supplied to the combustion engine and used as fuel, carbon dioxide is not generated during combustion of the combustion engine, so that it is possible to easily satisfy the emission regulations of the International Maritime Organization.

또한, 액상암모니아의 변환 시 생성되는 물을 요소수생성유닛에 공급하여 청수 대신 활용하므로, 청수를 생성하는 보일러가 가동될 필요가 없어 연료 및 에너지의 추가적인 소모를 방지할 수 있다. 특히, 쿨러와 요소수생성유닛을 열교환하여 요소수의 생성 및 물의 냉각에 필요한 열을 공급받고, 요소수를 기상암모니아로 변환 시 배기가스의 폐열을 활용함으로써, 별도의 열원이 필요하지 않거나 별도로 필요한 열원의 양을 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있다.In addition, since the water generated during the conversion of liquid ammonia is supplied to the urea water generating unit and used instead of fresh water, there is no need to operate a boiler that generates fresh water, thereby preventing additional consumption of fuel and energy. In particular, by exchanging heat with the cooler and the urea water generating unit to receive heat necessary for generating urea water and cooling water, and utilizing waste heat of exhaust gas when converting urea water into gaseous ammonia, a separate heat source is not required or required separately. Since the amount of heat source can be reduced, the device can be operated economically.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아 연료 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 요소수생성유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 암모니아 연료 공급장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of an ammonia fuel supply device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the urea water generating unit of FIG. 1 .
3 and 4 are operational diagrams for explaining the operation of the ammonia fuel supply device.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아 연료 공급장치에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 4, an ammonia fuel supply device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 암모니아 연료 공급장치는 요소를 고체 상태로 보관하고 필요 시 요소수를 생성 및 변환하여 연소기관과 선택적촉매환원반응기에서 각각 요구되는 암모니아의 상태에 맞추어 공급할 수 있다. 따라서, 요소수 상태로 보관하는 종래의 경우보다 선내 공간 활용도를 증대시킬 수 있으며, 더 많은 양의 암모니아를 생성할 수 있어 암모니아 연료의 연소에 따른 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 변환된 액상암모니아가 연소기관에 공급되어 연료로 사용되므로, 연소기관의 연소 시 이산화탄소가 발생되지 않아 국제해사기구의 배출규제를 용이하게 만족시킬 수 있다. 또한, 액상암모니아의 변환 시 생성되는 물을 요소수생성유닛에 공급하여 청수 대신 활용하므로, 청수를 생성하는 보일러가 가동될 필요가 없어 연료 및 에너지의 추가적인 소모를 방지할 수 있다. 특히, 쿨러와 요소수생성유닛을 열교환하여 요소수의 생성 및 물의 냉각에 필요한 열을 공급받고, 요소수를 기상암모니아로 변환 시 배기가스의 폐열을 활용함으로써, 별도의 열원이 필요하지 않거나 별도로 필요한 열원의 양을 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있는 특징이 있다.The ammonia fuel supply device according to the embodiment of the present invention stores urea in a solid state, generates and converts urea water when necessary, and can supply it according to the state of ammonia required in the combustion engine and the selective catalytic reduction reactor, respectively. Therefore, it is possible to increase the space utilization in the ship than in the conventional case of storing urea water, and it is possible to generate a larger amount of ammonia, so that it is possible to effectively reduce nitrogen oxides due to the combustion of ammonia fuel. In addition, since the converted liquid ammonia is supplied to the combustion engine and used as fuel, carbon dioxide is not generated during combustion of the combustion engine, so that it is possible to easily satisfy the emission regulations of the International Maritime Organization. In addition, since the water generated during the conversion of liquid ammonia is supplied to the urea water generating unit and used instead of fresh water, there is no need to operate a boiler that generates fresh water, thereby preventing additional consumption of fuel and energy. In particular, by exchanging heat with the cooler and the urea water generating unit to receive heat necessary for generating urea water and cooling water, and utilizing waste heat of exhaust gas when converting urea water into gaseous ammonia, a separate heat source is not required or required separately. Since the amount of heat source can be reduced, the device can be operated economically.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 암모니아 연료 공급장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2 , the ammonia fuel supply device 1 will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아 연료 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 요소수생성유닛을 확대하여 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of an ammonia fuel supply device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the urea water generating unit of FIG. 1 .

본 발명에 따른 암모니아 연료 공급장치(1)는 선박에 설치되어 연소기관(EG)으로 암모니아 연료를 공급하며, 요소저장탱크(10)와, 요소수생성유닛(20)과, 가열유닛(30)과, 냉각유닛(40), 및 물순환관(50)을 포함한다.Ammonia fuel supply device (1) according to the present invention is installed on a ship to supply ammonia fuel to a combustion engine (EG), a urea storage tank (10), a urea water generating unit (20), and a heating unit (30) and a cooling unit 40 , and a water circulation pipe 50 .

요소저장탱크(10)는 화학식이 CH4N2O이고 무색무취의 결정성 물질인 고체요소(A)를 저장하는 탱크로, 고체요소(A)는 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태일 수 있다. 예를 들어, 고체요소(A)는 일정한 크기의 분말 또는 알갱이 또는 펠렛 형태일 수도 있고, 서로 다른 크기의 분말 또는 알갱이 또는 펠렛 형태일 수도 있으며, 서로 다른 크기의 분말, 알갱이, 펠렛이 혼합된 형태일 수도 있다. 요소저장탱크(10)에 고체요소(A)가 저장됨으로써, 액상의 요소수 상태로 보관하는 종래의 경우보다 선내 공간 활용도를 증대시킬 수 있음은 물론, 요소수의 변질을 방지할 수 있어 연소기관(EG) 또는 후술할 선택적촉매환원반응기(61)에 적정 상태의 암모니아를 공급할 수 있다. 요소저장탱크(10)에 저장된 고체요소(A)는 필요 시 요소수생성유닛(20)으로 공급된다.The urea storage tank 10 is a tank for storing solid urea (A), which has a chemical formula of CH 4 N 2 O and is a colorless and odorless crystalline material, and the solid urea (A) may be in the form of powder, granules, or pellets. have. For example, the solid element (A) may be in the form of powder, granules, or pellets of a certain size, may be in the form of powders, granules, or pellets of different sizes, and powders, granules, and pellets of different sizes are mixed. may be By storing the solid urea (A) in the urea storage tank 10, it is possible to increase the space utilization in the ship compared to the conventional case of storing the liquid urea water state, as well as prevent the deterioration of the urea water, so that the combustion engine (EG) or a selective catalytic reduction reactor 61 to be described later may be supplied with ammonia in an appropriate state. The solid urea (A) stored in the urea storage tank 10 is supplied to the urea water generating unit 20 when necessary.

요소수생성유닛(20)은 요소저장탱크(10)로부터 고체요소(A)를 공급받아 요소수를 생성하는 것으로, 본체(21)와 교반기(22)를 포함한다.The urea water generating unit 20 receives the solid urea (A) from the urea storage tank 10 to generate urea water, and includes a body 21 and a stirrer 22 .

본체(21)는 내부에 고체요소(A)를 수용하는 통 형상의 부재로, 요소저장탱크(10) 하단에 연결되어 중력으로 고체요소(A)를 공급받을 수 있다. 즉, 본체(21)는 요소저장탱크(10)로부터 고체요소(A)를 공급받고, 일 측에 연결된 후술할 물순환관(50) 또는 청수공급관(25)을 통해 물을 공급받는다. 예를 들어, 물순환관(50)을 유동하는 물이 없는 초기 상태에서는 청수공급관(25)을 통해 물이 공급될 수 있다. 본체(21)는 고체요소(A)가 용해되어 생성된 요소수의 열이 외부로 방출되어 어는점 이하의 저온에서 요소수가 동결되는 것을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 합성수지 등으로 제작될 수 있으며, 단열 효과의 증대를 위해 단열재가 추가로 설치될 수도 있다. 단열재로는 폴리우레탄, 폴리스틸렌, 중공 형태의 실리카겔 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 요소저장탱크(10)와 본체(21)를 연결하는 연결관(10a) 상에는 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 고체요소(A)의 공급이 제어될 수 있다. 그러나, 본체(21)가 요소저장탱크(10) 하단에 연결되는 것으로 한정될 것은 아니며, 본체(21)의 형상 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 연결관(10a)과 물순환관(50) 또는 청수공급관(25)을 통해 각각 본체(21) 내부로 고체요소(A)와 물이 공급되면, 교반기(22)가 구동된다. 교반기(22)는 본체(21) 내부에 회전 가능하게 설치되어 고체요소(A)와 물을 혼합하는 것으로, 교반날개(22a)와, 회전축(22b), 및 구동모터(22c)를 포함한다. 교반날개(22a)는 본체(21) 내부에 배치되며, 구동모터(22c)에 연결된 회전축(22b)을 통해 회전력을 전달받아 회전할 수 있다. 도면 상에는 구동모터(22c)가 본체(21) 외측에 설치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 필요에 따라 구동모터(22c)는 본체(21) 내부에 설치될 수도 있다. 이러한 요소수생성유닛(20)에서 생성된 요소수는 연료공급관(23) 또는 요소수공급관(24)을 통해 유동한다.The body 21 is a tubular member for accommodating the solid element (A) therein, and is connected to the lower end of the urea storage tank 10 to receive the solid element (A) by gravity. That is, the main body 21 receives the solid urea (A) from the urea storage tank 10, and is supplied with water through a water circulation pipe 50 or fresh water supply pipe 25 to be described later connected to one side. For example, in an initial state in which there is no water flowing through the water circulation pipe 50 , water may be supplied through the fresh water supply pipe 25 . The body 21 may be made of synthetic resin with low thermal conductivity, etc. to prevent the heat of the urea water generated by dissolving the solid urea (A) from being released to the outside and freezing of the urea water at a low temperature below the freezing point, and has a thermal insulation effect. Insulation material may be additionally installed to increase the At least one of polyurethane, polystyrene, and hollow silica gel may be used as the insulating material. A valve (not shown) is installed on the connection pipe 10a connecting the urea storage tank 10 and the body 21 so that the supply of the solid element A can be controlled. However, the main body 21 is not limited to being connected to the lower end of the urea storage tank 10, and the shape and arrangement of the main body 21 may be variously modified. When the solid element (A) and water are supplied into the body 21 through the connection pipe 10a and the water circulation pipe 50 or the fresh water supply pipe 25, respectively, the agitator 22 is driven. The agitator 22 is rotatably installed in the body 21 to mix the solid element A and water, and includes a stirring blade 22a, a rotating shaft 22b, and a driving motor 22c. The stirring blades 22a are disposed inside the main body 21 and may rotate by receiving rotational force through the rotation shaft 22b connected to the driving motor 22c. Although the drawing shows that the driving motor 22c is installed outside the main body 21 , the present invention is not limited thereto, and the driving motor 22c may be installed inside the main body 21 if necessary. The urea water generated in the urea water generating unit 20 flows through the fuel supply pipe 23 or the urea water supply pipe 24 .

연료공급관(23)은 본체(21)와 연소기관(EG) 사이를 연결하는 관으로, 후술할 가열유닛(30), 냉각유닛(40)이 차례로 설치되어 요소수를 액상암모니아로 변환하여 연소기관(EG)에 공급할 수 있다. 여기서, 연소기관(EG)이라 함은, 액상암모니아를 연소하여 동력을 발생시키는 장치를 통칭하며, 예를 들어, 암모니아 엔진일 수 있다. 요소수생성유닛(20)에서 생성된 요소수가 액상암모니아로 변환되어 연소기관(EG)으로 공급되는 과정에 대해서는 후술하여 보다 구체적으로 설명한다.The fuel supply pipe 23 is a pipe connecting the main body 21 and the combustion engine EG, and a heating unit 30 and a cooling unit 40, which will be described later, are installed in sequence to convert urea water into liquid ammonia to thereby convert the combustion engine. (EG) can be supplied. Here, the combustion engine EG refers to a device that generates power by burning liquid ammonia, and may be, for example, an ammonia engine. A process in which the urea water generated by the urea water generating unit 20 is converted into liquid ammonia and supplied to the combustion engine EG will be described later in more detail.

요소수공급관(24)은 본체(21)와 선택적촉매환원반응기(61)를 직접 연결하여 선택적촉매환원반응기(61)로 요소수를 공급할 수 있다. 선택적촉매환원반응기(61)는 연소기관(EG)으로부터 공급받은 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 것으로, 연소기관(EG)에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관(60) 상에 연결된다. 선택적촉매환원반응기(61)는 배기가스에 요소수생성유닛(20)으로부터 공급받은 요소수를 분사하며, 이로 인해, 요소수가 배기가스의 열에 의해 열분해되어 암모니아로 전환될 수 있다. 전환된 암모니아는 배기가스와 함께 반응기 내부에 설치된 촉매층을 통과하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 질소와 물로 환원시키고, 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(60)을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다. 한편, 연소기관(EG)으로부터 배출된 배기가스가 280℃ 이상의 고온일 경우, 전술한 바와 같이, 배기가스에 요소수를 직접 분사하여 배기가스의 열로 요소수를 분사하는 것이 가능하지만, 배기가스가 280℃ 미만의 저온일 경우, 배기가스의 열로 요소수를 열분해할 수 없다. 따라서, 저온의 배기가스를 정화하기 위해 선택적촉매환원반응기(61) 내부에는 촉매층 전단에 요소수를 암모니아로 전환시키기 위한 별도의 가열기가 설치될 수 있다.The urea water supply pipe 24 may supply urea water to the selective catalytic reduction reactor 61 by directly connecting the main body 21 and the selective catalytic reduction reactor 61 . The selective catalytic reduction reactor 61 reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas supplied from the combustion engine EG, and is connected to the exhaust pipe 60 for discharging the exhaust gas generated from the combustion engine EG. The selective catalytic reduction reactor 61 injects the urea water supplied from the urea water generating unit 20 to the exhaust gas, and thus, the urea water is thermally decomposed by the heat of the exhaust gas to be converted into ammonia. The converted ammonia passes through the catalyst layer installed inside the reactor together with the exhaust gas to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen and water, and the exhaust gas from which the nitrogen oxides are removed can be discharged into the atmosphere through the exhaust pipe 60 . . On the other hand, when the exhaust gas discharged from the combustion engine EG is at a high temperature of 280° C. or higher, as described above, it is possible to directly inject urea water into the exhaust gas to inject the urea water with the heat of the exhaust gas, but the exhaust gas In the case of a low temperature of less than 280°C, urea water cannot be thermally decomposed by the heat of exhaust gas. Therefore, a separate heater for converting urea water into ammonia may be installed in front of the catalyst layer inside the selective catalytic reduction reactor 61 in order to purify the low-temperature exhaust gas.

가열유닛(30)은 요소수생성유닛(20)으로부터 공급받은 요소수를 가열하여 암모니아를 포함하는 혼합가스를 생성하는 것으로, 통상의 공랭식 열교환기일 수 있다. 가열유닛(30)은 배기관(60)에서 분기된 열전달관(62)을 유동하는 배기가스의 열을 이용하여 요소수를 가열할 수 있다. 다시 말해, 가열유닛(30)은 배기관(60)에서 열전달관(62)으로 분기된 배기가스와, 연료공급관(23)을 유동하는 요소수를 열교환하며, 이로 인해, 요소수가 가열되어 암모니아를 포함하는 혼합가스가 생성될 수 있다. 가열유닛(30)이 배기가스의 폐열을 이용하여 요소수를 가열함으로써, 별도의 열원이 필요하지 않아 장치를 경제적으로 운용할 수 있다. 도면 상에는 도시하지 않았으나, 필요에 따라, 가열유닛(30)은 복수 개로 형성되어 요소수를 다단으로 가열할 수도 있으며, 가열유닛(30) 후단에 별도의 히팅유닛(heating unit)이 마련되어 요소수를 고온으로 가열할 수도 있다. 가열유닛(30)에서 생성된 혼합가스는 암모니아가스, 이산화탄소가스, 수증기 등을 포함하며, 연료공급관(23)을 따라 냉각유닛(40)으로 이동한다.The heating unit 30 heats the urea water supplied from the urea water generating unit 20 to generate a mixed gas containing ammonia, and may be a conventional air-cooled heat exchanger. The heating unit 30 may heat the urea water using the heat of the exhaust gas flowing through the heat transfer pipe 62 branched from the exhaust pipe 60 . In other words, the heating unit 30 exchanges heat between the exhaust gas branched from the exhaust pipe 60 to the heat transfer pipe 62 and the urea water flowing through the fuel supply pipe 23, thereby heating the urea water to contain ammonia. A mixed gas may be generated. By heating the urea water using the waste heat of the exhaust gas by the heating unit 30, a separate heat source is not required and the apparatus can be economically operated. Although not shown in the drawing, if necessary, the heating unit 30 may be formed in plurality to heat the number of urea in multiple stages, and a separate heating unit is provided at the rear end of the heating unit 30 to increase the number of urea. It can also be heated to high temperature. The mixed gas generated in the heating unit 30 includes ammonia gas, carbon dioxide gas, water vapor, and the like, and moves to the cooling unit 40 along the fuel supply pipe 23 .

냉각유닛(40)은 가열유닛(30)으로부터 공급받은 혼합가스를 순차적으로 냉각하여 물과 이산화탄소가 제거된 액상암모니아를 생성하고, 생성된 액상암모니아를 분리하여 연소기관(EG)으로 공급하는 것으로, 제1 냉각부(41)와 제2 냉각부(42)를 포함한다.The cooling unit 40 sequentially cools the mixed gas supplied from the heating unit 30 to generate liquid ammonia from which water and carbon dioxide are removed, and separates the generated liquid ammonia and supplies it to the combustion engine (EG), It includes a first cooling unit 41 and a second cooling unit 42 .

제1 냉각부(41)는 혼합가스를 수증기가 응축하는 제1 온도로 냉각하는 것으로, 예를 들어, 공랭식 열교환기일 수 있다. 여기서, 제1 온도라 함은 수증기가 응축되는 온도로써, 특정 값에 한정되지 않고 압력 조건에 따라 변할 수 있다. 제1 냉각부(41)는 외기(外氣)와 혼합가스를 열교환하여 혼합가스를 제1 온도, 예를 들어, 100℃ 이하로 냉각하며, 이로 인해, 수증기가 응축될 수 있다. 그러나, 제1 냉각부(41)가 외기를 이용하는 공랭식 열교환기로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제1 냉각부(41)는 저온의 열매체를 이용하는 칠러(chiller) 등의 냉각장치로 형성될 수도 있다.The first cooling unit 41 cools the mixed gas to a first temperature at which water vapor condenses, and may be, for example, an air-cooled heat exchanger. Here, the first temperature is a temperature at which water vapor is condensed, and is not limited to a specific value and may vary according to pressure conditions. The first cooling unit 41 heats the mixed gas with external air to cool the mixed gas to a first temperature, for example, 100° C. or less, thereby condensing water vapor. However, the first cooling unit 41 is not limited to being formed as an air-cooled heat exchanger using outside air, and for example, the first cooling unit 41 is a cooling device such as a chiller using a low-temperature heat medium. may be formed.

제1 냉각부(41)와 제2 냉각부(42) 사이의 연료공급관(23)에는 제1 분리기(43)가 설치된다. 제1 분리기(43)는 혼합가스와 혼합가스에 포함된 물을 서로 분리하는 것으로, 삼상분리기 또는 중력분리기로 형성되어 혼합가스로부터 물을 분리할 수 있다. 제1 분리기(43)에서 분리된 물은 물순환관(50)을 통해 요소수생성유닛(20)의 본체(21)로 순환될 수 있다. 제1 분리기(43)는 필요에 따라 생략될 수 있으며, 제1 분리기(43)가 생략되는 경우, 물순환관(50)은 제1 냉각부(41)에 직접 연결될 수 있다. 물순환관(50)에 대해서는 후술하여 보다 구체적으로 설명한다.A first separator 43 is installed in the fuel supply pipe 23 between the first cooling unit 41 and the second cooling unit 42 . The first separator 43 separates the mixed gas and water contained in the mixed gas from each other, and is formed as a three-phase separator or a gravity separator to separate water from the mixed gas. The water separated in the first separator 43 may be circulated to the body 21 of the urea water generating unit 20 through the water circulation pipe 50 . The first separator 43 may be omitted if necessary, and when the first separator 43 is omitted, the water circulation pipe 50 may be directly connected to the first cooling unit 41 . The water circulation pipe 50 will be described later in more detail.

제2 냉각부(42)는 혼합가스 또는 혼합가스에서 물이 제거된 가스를 암모니아 기체가 응축하는 제2 온도로 냉각하는 것으로, 예를 들어, 수냉식 열교환기일 수 있다. 여기서, 제2 온도라 함은, 암모니아 기체가 응축되는 온도로써, 특정 값에 한정되지 않고 압력 조건에 따라 변할 수 있다. 제2 냉각부(42)는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)와 혼합가스 또는 혼합가스에서 물이 제거된 가스를 열교환하여 혼합가스 또는 혼합가스에서 물이 제거된 가스를 제2 온도, 예를 들어, -33.34℃ 이하로 냉각하며, 이로 인해, 암모니아 기체가 응축될 수 있다. 액화천연가스는 -163℃의 극저온 상태이므로, 혼합가스 또는 혼합가스에서 물이 제거된 가스가 용이하게 제2 온도로 냉각될 수 있으며, 이산화탄소는 끓는점이 -78℃이므로, 제2 온도에서 기체 상태로 존재할 수 있다. 그러나, 제2 냉각부(42)가 액화천연가스를 이용하는 수냉식 열교환기로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제2 냉각부(42)는 극저온의 열매체를 이용하는 칠러(chiller) 등의 냉각장치로 형성될 수도 있다.The second cooling unit 42 cools the mixed gas or gas from which water is removed from the mixed gas to a second temperature at which ammonia gas is condensed, and may be, for example, a water-cooled heat exchanger. Here, the second temperature is a temperature at which ammonia gas is condensed, and is not limited to a specific value and may vary according to pressure conditions. The second cooling unit 42 heat exchanges liquefied natural gas (LNG) and the mixed gas or gas from which water has been removed from the mixed gas to heat the gas from which water has been removed from the mixed gas or the mixed gas at a second temperature, for example, For example, cooling down to -33.34° C. or less, which may condense ammonia gas. Since liquefied natural gas is in a cryogenic state of -163 ℃, the mixed gas or gas from which water has been removed from the mixed gas can be easily cooled to the second temperature, and since carbon dioxide has a boiling point of -78 ℃, it is in a gaseous state at the second temperature can exist as However, the second cooling unit 42 is not limited to being formed as a water-cooled heat exchanger using liquefied natural gas, and for example, the second cooling unit 42 is cooled by a chiller using a cryogenic heat medium. It may also be formed into a device.

제2 냉각부(42) 후단의 연료공급관(23)에는 제2 분리기(44)가 설치된다. 제2 분리기(44)는 액상암모니아와 이산화탄소가스를 서로 분리하는 것으로, 삼상분리기 또는 중력분리기로 형성될 수 있다. 제2 분리기(44)에서 분리된 액상암모니아는 연료공급관(23)을 통해 연소기관(EG)으로 공급되며, 연소기관(EG)은 액상암모니아를 연소하여 동력을 발생시킬 수 있다. 연소기관(EG)이 액상암모니아를 연소하여 동력을 발생시킴으로써, 이산화탄소가 발생되지 않아 국제해사기구의 배출규제를 만족시킬 수 있다. 제2 분리기(44)에서 분리된 이산화탄소가스는 별도의 처리과정을 거쳐 대기 중으로 방출되거나 필요처로 공급되어 활용될 수 있다.A second separator 44 is installed in the fuel supply pipe 23 at the rear end of the second cooling unit 42 . The second separator 44 separates liquid ammonia and carbon dioxide gas from each other, and may be formed as a three-phase separator or a gravity separator. The liquid ammonia separated by the second separator 44 is supplied to the combustion engine EG through the fuel supply pipe 23 , and the combustion engine EG may generate power by burning the liquid ammonia. Since the combustion engine (EG) generates power by burning liquid ammonia, carbon dioxide is not generated, thereby satisfying the emission regulations of the International Maritime Organization. The carbon dioxide gas separated in the second separator 44 may be released into the atmosphere through a separate treatment process or may be supplied and utilized as needed.

물순환관(50)은 냉각유닛(40), 특히, 제1 냉각부(41)에서 배출된 물을 요소수생성유닛(20)으로 순환시키는 관으로, 일단이 제1 냉각부(41)에 직접 연결되거나 제1 냉각부(41)와 제2 냉각부(42) 사이에 연결되어 물을 요소수생성유닛(20)으로 순환시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 물순환관(50)은 일단이 제1 분리기(43)에 연결되고 타단이 본체(21)에 연결되며, 물순환관(50) 상에는 제1 분리기(43)에서 배출된 물을 냉각하는 쿨러(51)가 설치될 수 있다. 쿨러(51)는 물순환관(50)을 유동하는 물과, 열교환관(52)을 유동하는 열매체를 열교환하여 물을 상온으로 냉각하며, 열교환관(52)은 쿨러(51)와 요소수생성유닛(20)을 순환하며 고체요소(A)에 열을 전달할 수 있다. 쿨러(51)에서 물과 열교환하여 가열된 열매체가 열교환관(52)을 따라 요소수생성유닛(20)으로 이동하여 고체요소(A)에 열을 전달함으로써, 고체요소(A)가 용이하게 용해될 수 있음은 물론 요소수의 생성 및 물의 냉각에 필요한 별도의 열원이 필요하지 않거나 별도로 필요한 열원의 양을 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있다.The water circulation pipe 50 is a pipe that circulates the cooling unit 40 , in particular, the water discharged from the first cooling unit 41 to the urea water generating unit 20 , and has one end connected to the first cooling unit 41 . It may be directly connected or connected between the first cooling unit 41 and the second cooling unit 42 to circulate water to the urea water generating unit 20 . More specifically, the water circulation pipe 50 has one end connected to the first separator 43 and the other end connected to the main body 21 , and the water discharged from the first separator 43 is disposed on the water circulation pipe 50 . A cooler 51 for cooling may be installed. The cooler 51 heats the water flowing through the water circulation pipe 50 and the heat medium flowing through the heat exchange pipe 52 to cool the water to room temperature, and the heat exchange pipe 52 generates urea water with the cooler 51 . It can circulate the unit 20 and transfer heat to the solid element (A). The heat medium heated by heat exchange with water in the cooler 51 moves to the urea water generating unit 20 along the heat exchange tube 52 to transfer heat to the solid element A, so that the solid element A is easily dissolved. Of course, there is no need for a separate heat source required for the generation of urea water and cooling of the water, or the amount of a separately required heat source can be reduced, so that the device can be economically operated.

한편, 가열유닛(30)과 냉각유닛(40) 사이의 연료공급관(23)에는 선택적촉매환원반응기(61)로 연결되는 분기관(31)이 분기될 수 있다. 분기관(31)은 양단이 각각 연료공급관(23)과 선택적촉매환원반응기(61)에 연결되며, 요소수공급관(24)과 선택적으로 개방될 수 있다. 분기관(31)이 분기되는 지점에는 삼방밸브(도면부호 미도시)가 설치되므로, 연료공급관(23) 측 혼합가스의 유동과 분기관(31) 측 혼합가스의 유동이 동시에 제어될 수 있다. 가열유닛(30)과 냉각유닛(40) 사이의 연료공급관(23)에 분기관(31)이 분기됨으로써, 가열유닛(30)에서 생성된 혼합가스 중 일부가 선택적촉매환원반응기(61)로 공급되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 환원제로 사용될 수 있다. 즉, 선택적촉매환원반응기(61)는 요소수생성유닛(20)으로부터 공급된 요소수를 열분해하여 생성한 암모니아를 배기가스의 환원제로 사용하거나, 가열유닛(30)으로부터 공급된 혼합가스를 배기가스의 환원제로 사용한다. 요소수공급관(24)이 개방되어 요소수생성유닛(20)으로부터 요소수가 공급되는 경우, 분기관(31)은 폐쇄될 수 있으며, 반대로, 분기관(31)이 개방되어 가열유닛(30)으로부터 혼합가스가 공급되는 경우, 요소수공급관(24)은 폐쇄될 수 있다. 그러나, 분기관(31)과 요소수공급관(24)이 선택적으로 개방되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 분기관(31)과 요소수공급관(24)이 동시에 개방될 수도 있다.Meanwhile, a branch pipe 31 connected to the selective catalytic reduction reactor 61 may be branched from the fuel supply pipe 23 between the heating unit 30 and the cooling unit 40 . The branch pipe 31 has both ends connected to the fuel supply pipe 23 and the selective catalytic reduction reactor 61, respectively, and may be selectively opened with the urea water supply pipe 24. Since a three-way valve (not shown) is installed at the branching point of the branch pipe 31 , the flow of the mixed gas on the fuel supply pipe 23 side and the flow of the mixed gas on the branch pipe 31 side can be simultaneously controlled. By branching the branch pipe 31 to the fuel supply pipe 23 between the heating unit 30 and the cooling unit 40 , some of the mixed gas generated in the heating unit 30 is supplied to the selective catalytic reduction reactor 61 . It can be used as a reducing agent to reduce nitrogen oxides contained in exhaust gas. That is, the selective catalytic reduction reactor 61 uses ammonia produced by thermally decomposing the urea water supplied from the urea water generating unit 20 as a reducing agent of the exhaust gas, or uses the mixed gas supplied from the heating unit 30 as exhaust gas. used as a reducing agent for When the urea water supply pipe 24 is opened and urea water is supplied from the urea water generating unit 20 , the branch pipe 31 may be closed, and conversely, the branch pipe 31 is opened from the heating unit 30 . When the mixed gas is supplied, the urea water supply pipe 24 may be closed. However, the branch pipe 31 and the urea water supply pipe 24 are not limited to being selectively opened, and if necessary, the branch pipe 31 and the urea water supply pipe 24 may be opened at the same time.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 암모니아 연료 공급장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 and 4 , the operation of the ammonia fuel supply device 1 will be described in more detail.

도 3 및 도 4는 암모니아 연료 공급장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.3 and 4 are operational diagrams for explaining the operation of the ammonia fuel supply device.

본 발명에 따른 암모니아 연료 공급장치(1)는 요소를 고체 상태로 보관하고 필요 시 요소수를 생성 및 변환하여 연소기관(EG)과 선택적촉매환원반응기(61)에서 각각 요구되는 암모니아의 상태에 맞추어 공급할 수 있다. 따라서, 요소수 상태로 보관하는 종래의 경우보다 선내 공간 활용도를 증대시킬 수 있으며, 더 많은 양의 암모니아를 생성할 수 있어 암모니아 연료의 연소에 따른 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 변환된 액상암모니아가 연소기관(EG)에 공급되어 연료로 사용되므로, 연소기관(EG)의 연소 시 이산화탄소가 발생되지 않아 국제해사기구의 배출규제를 용이하게 만족시킬 수 있다. 또한, 액상암모니아의 변환 시 생성되는 물을 요소수생성유닛(20)에 공급하여 청수 대신 활용하므로, 청수를 생성하는 보일러가 가동될 필요가 없어 연료 및 에너지의 추가적인 소모를 방지할 수 있다. 특히, 쿨러(51)와 요소수생성유닛(20)을 열교환하여 요소수의 생성 및 물의 냉각에 필요한 열을 공급받고, 요소수를 기상암모니아로 변환 시 배기가스의 폐열을 활용함으로써, 별도의 열원이 필요하지 않거나 별도로 필요한 열원의 양을 줄일 수 있어 장치를 경제적으로 운용할 수 있다.The ammonia fuel supply device 1 according to the present invention stores urea in a solid state, generates and converts urea water when necessary, to match the state of ammonia required in the combustion engine EG and the selective catalytic reduction reactor 61, respectively. can supply Therefore, it is possible to increase the space utilization in the ship than in the conventional case of storing urea water, and it is possible to generate a larger amount of ammonia, so that it is possible to effectively reduce nitrogen oxides due to the combustion of ammonia fuel. In addition, since the converted liquid ammonia is supplied to the combustion engine EG and used as fuel, carbon dioxide is not generated during combustion of the combustion engine EG, so that it is possible to easily satisfy the emission regulations of the International Maritime Organization. In addition, since the water generated during the conversion of liquid ammonia is supplied to the urea water generating unit 20 and used instead of fresh water, there is no need to operate a boiler for generating fresh water, thereby preventing additional consumption of fuel and energy. In particular, by exchanging heat with the cooler 51 and the urea water generating unit 20 to receive heat necessary for generating urea water and cooling water, and utilizing waste heat of exhaust gas when converting urea water into gaseous ammonia, a separate heat source Since this is not necessary or the amount of heat source required separately can be reduced, the device can be operated economically.

도 3은 가열유닛에서 생성된 혼합가스가 선택적촉매환원반응기로 공급되는 모습을 도시한 도면이다.3 is a view showing a state in which the mixed gas generated in the heating unit is supplied to the selective catalytic reduction reactor.

요소저장탱크(10)에 저장된 고체요소(A)는 연결관(10a)을 통해 요소수생성유닛(20)의 본체로 공급되며, 이와 동시에 또는 순차적으로 청수공급관(25)이 개방되어 청수가 공급된다. 냉각유닛(40)에 혼합가스가 공급되기 전인 초기 상태에서는, 물순환관(50)을 통해 순환되는 물이 없으므로 청수공급관(25)을 통해 물이 공급되며, 요소수의 생성에 필요한 열도 외부로부터 공급될 수 있다. 본체(21) 내부에 고체요소(A)와 청수, 및 열이 공급되면, 교반기(22)가 회전하며 고체요소(A)와 청수를 혼합하고, 이로 인해, 고체요소(A)가 청수에 용해되어 요소수가 생성될 수 있다. 생성된 요소수는 연료공급관(23)을 통해 가열유닛(30)으로 공급되며, 가열유닛(30)은 배기가스의 열로 요소수를 가열하여 암모니아를 포함하는 혼합가스를 생성한다. 이 때, 연소기관(EG)은 액상암모니아를 공급받기 전이므로, 초기 상태에서는, 연소기관(EG)의 엔진 버닝(engine burning)에 쓰이는 파일럿 연료(pilot fuel)의 연소에 따른 배기가스가 열전달관(62)을 통해 가열유닛(30)으로 공급될 수 있다. 가열유닛(30)에서 생성된 혼합가스는 암모니아 가스, 이산화탄소 가스, 수증기 등을 포함하며, 일부가 분기관(31)을 통해 선택적촉매환원반응기(61)로 공급되고, 나머지 일부가 연료공급관(23)을 통해 제1 냉각부(41)로 공급된다. 분기관(31)이 개방됨에 따라 요소수공급관(24)은 폐쇄될 수 있다. 선택적촉매환원반응기(61)로 공급된 혼합가스는 배기가스와 함께 촉매층을 통과하며, 이로 인해, 파일럿 연료의 연소에 따른 배기가스에 포함된 질소산화물이 질소와 물로 환원된다. 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(60)을 통해 외부로 방출된다.The solid urea (A) stored in the urea storage tank 10 is supplied to the main body of the urea water generating unit 20 through the connection pipe 10a, and at the same time or sequentially, the fresh water supply pipe 25 is opened to supply fresh water. do. In the initial state before the mixed gas is supplied to the cooling unit 40 , since there is no water circulated through the water circulation pipe 50 , water is supplied through the fresh water supply pipe 25 , and the heat required for the generation of urea water is also supplied from the outside. can be supplied. When the solid element (A), fresh water, and heat are supplied to the inside of the body 21, the agitator 22 rotates to mix the solid element (A) and fresh water, thereby dissolving the solid element (A) in the fresh water Thus, the number of elements can be created. The generated urea water is supplied to the heating unit 30 through the fuel supply pipe 23, and the heating unit 30 heats the urea water with the heat of the exhaust gas to generate a mixed gas containing ammonia. At this time, since the combustion engine EG is before the liquid ammonia is supplied, in the initial state, the exhaust gas resulting from the combustion of pilot fuel used for engine burning of the combustion engine EG is transferred to the heat transfer pipe. It may be supplied to the heating unit 30 through (62). The mixed gas generated in the heating unit 30 includes ammonia gas, carbon dioxide gas, water vapor, etc., a part is supplied to the selective catalytic reduction reactor 61 through a branch pipe 31, and the remaining part is a fuel supply pipe 23 ) through the first cooling unit 41 is supplied. As the branch pipe 31 is opened, the urea water supply pipe 24 may be closed. The mixed gas supplied to the selective catalytic reduction reactor 61 passes through the catalyst layer together with the exhaust gas, whereby nitrogen oxides contained in the exhaust gas according to the combustion of the pilot fuel are reduced to nitrogen and water. The exhaust gas from which nitrogen oxides have been removed is discharged to the outside through the exhaust pipe 60 .

한편, 제1 냉각부(41)로 공급된 혼합가스는 외기와 열교환하여 제1 온도로 냉각되며, 이로 인해, 혼합가스에 포함된 수증기가 응축된다. 혼합가스에 포함된 물은 제1 분리기(43)에서 분리되며, 분리된 물은 물순환관(50)을 통해 쿨러(51)로 이동하여 상온으로 냉각된 후 요소수생성유닛(20)으로 순환된다. 물순환관(50)을 통해 물이 순환됨으로써, 청수공급관(25)을 통한 물의 공급이 중단될 수 있다. 쿨러(51)에서 물과 열교환하여 가열된 열매체는 열교환관(52)을 따라 요소수생성유닛(20)으로 이동하여 고체요소(A)에 열을 전달하며 고체요소(A)의 용해를 도울 수 있다. 열교환관(52)을 통해 열이 전달됨으로써, 외부로부터 열의 공급이 중단될 수 있다. 물이 제거된 혼합가스는 제2 냉각부(42)로 공급된다. 제2 냉각부(42)는 물이 제거된 혼합가스와 액화천연가스를 열교환하여 물이 제거된 혼합가스를 제2 온도로 냉각하며, 이로 인해, 암모니아 가스가 응축된다. 액상암모니아는 제2 분리기(44)에서 분리되어 연료공급관(23)을 통해 연소기관(EG)으로 공급되며, 연소기관(EG)은 액상암모니아를 연소하여 동력을 발생시킨다. 액상암모니아의 연소에 따른 배기가스는 배기관(60)을 통해 배출되며, 일부가 열전달관(62)을 통해 가열유닛(30)을 경유하고 나머지 일부가 선택적촉매환원반응기(61)로 공급된다. 선택적촉매환원반응기(61)로 공급된 배기가스는 분기관(31)을 통해 공급되는 혼합가스와 함께 촉매층을 통과하고, 이에 따라, 액상암모니아의 연소에 따른 배기가스에 포함된 질소산화물이 질소와 물로 환원된다. 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(60)을 통해 대기 중으로 방출된다.On the other hand, the mixed gas supplied to the first cooling unit 41 is cooled to a first temperature by exchanging heat with the outside air, whereby water vapor contained in the mixed gas is condensed. The water contained in the mixed gas is separated in the first separator 43 , and the separated water moves to the cooler 51 through the water circulation pipe 50 , is cooled to room temperature, and then circulated to the urea water generating unit 20 . do. By circulating water through the water circulation pipe 50 , the supply of water through the fresh water supply pipe 25 may be stopped. The heat medium heated by exchanging heat with water in the cooler 51 moves to the urea water generating unit 20 along the heat exchange tube 52 to transfer heat to the solid element (A) and to help dissolve the solid element (A). have. As heat is transferred through the heat exchange tube 52 , the supply of heat from the outside may be stopped. The mixed gas from which water has been removed is supplied to the second cooling unit 42 . The second cooling unit 42 heats the mixed gas from which water has been removed and liquefied natural gas to cool the mixed gas from which water has been removed to a second temperature, whereby ammonia gas is condensed. The liquid ammonia is separated by the second separator 44 and supplied to the combustion engine EG through the fuel supply pipe 23 , and the combustion engine EG burns the liquid ammonia to generate power. Exhaust gas according to the combustion of liquid ammonia is discharged through the exhaust pipe 60 , a part passes through the heating unit 30 through the heat transfer pipe 62 , and the remaining part is supplied to the selective catalytic reduction reactor 61 . The exhaust gas supplied to the selective catalytic reduction reactor 61 passes through the catalyst layer together with the mixed gas supplied through the branch pipe 31, and accordingly, nitrogen oxides contained in the exhaust gas according to the combustion of liquid ammonia are combined with nitrogen. reduced to water The exhaust gas from which nitrogen oxides have been removed is discharged into the atmosphere through the exhaust pipe 60 .

도 4는 요소수생성유닛에서 생성된 요소수가 선택적촉매환원반응기로 공급되는 모습을 도시한 도면이다.4 is a view showing a state in which the urea water generated in the urea water generating unit is supplied to the selective catalytic reduction reactor.

요소수생성유닛(20)에서 생성된 요소수는 요소수공급관(24)을 통해 선택적촉매환원반응기(61)로 공급된다. 요소수공급관(24)이 개방됨에 따라 분기관(31)은 폐쇄될 수 있다. 요소수는 선택적촉매환원반응기(61)에서 배기가스의 열에 의해 열분해되거나 별도의 가열기에서 열분해되어 암모니아로 전환되며, 전환된 암모니아는 배기가스와 함께 촉매층을 통과하여 배기가스를 환원시킬 수 있다.The urea water generated in the urea water generating unit 20 is supplied to the selective catalytic reduction reactor 61 through the urea water supply pipe 24 . As the urea water supply pipe 24 is opened, the branch pipe 31 may be closed. Urea water is pyrolyzed by the heat of exhaust gas in the selective catalytic reduction reactor 61 or pyrolyzed in a separate heater to be converted into ammonia, and the converted ammonia passes through the catalyst layer together with the exhaust gas to reduce the exhaust gas.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

1: 암모니아 연료 공급장치
10: 요소저장탱크 10a: 연결관
20: 요소수생성유닛 21: 본체
22: 교반기 22a: 교반날개
22b: 회전축 22c: 구동모터
23: 연료공급관 24: 요소수공급관
25: 청수공급관 30: 가열유닛
31: 분기관 40: 냉각유닛
41: 제1 냉각부 42: 제2 냉각부
43: 제1 분리기 44: 제2 분리기
50: 물순환관 51: 쿨러
52: 열교환관 60: 배기관
61: 선택적촉매환원반응기 62: 열전달관
A: 고체요소 EG: 연소기관1: Ammonia fuel supply
10: urea storage tank 10a: connection pipe
20: urea water generating unit 21: body
22: agitator 22a: stirring blades
22b: rotation shaft 22c: drive motor
23: fuel supply pipe 24: urea water supply pipe
25: fresh water supply pipe 30: heating unit
31: branch pipe 40: cooling unit
41: first cooling unit 42: second cooling unit
43: first separator 44: second separator
50: water circulation pipe 51: cooler
52: heat exchange pipe 60: exhaust pipe
61: selective catalytic reduction reactor 62: heat transfer tube
A: solid urea EG: combustion engine

Claims (6)

선박에 설치되어 연소기관으로 암모니아 연료를 공급하는 암모니아 연료 공급장치에 있어서,
고체요소를 저장하는 요소저장탱크;
상기 요소저장탱크로부터 상기 고체요소를 공급받아 요소수를 생성하는 요소수생성유닛;
상기 요소수생성유닛으로부터 공급되는 상기 요소수를 가열하여 암모니아를 포함하는 혼합가스를 생성하는 가열유닛;
상기 가열유닛으로부터 공급받은 상기 혼합가스를 순차적으로 냉각하여 물과 이산화탄소가 제거된 액상암모니아를 생성하고 상기 액상암모니아를 상기 연소기관으로 공급하는 냉각유닛, 및
상기 냉각유닛에서 배출된 상기 물을 상기 요소수생성유닛으로 순환시키는 물순환관을 포함하는 암모니아 연료 공급장치.In the ammonia fuel supply device installed on a ship to supply ammonia fuel to a combustion engine,
a urea storage tank for storing solid urea;
a urea water generating unit for generating urea water by receiving the solid urea from the urea storage tank;
a heating unit for heating the urea water supplied from the urea water generating unit to generate a mixed gas containing ammonia;
a cooling unit that sequentially cools the mixed gas supplied from the heating unit to generate liquid ammonia from which water and carbon dioxide are removed and supplies the liquid ammonia to the combustion engine; and
Ammonia fuel supply device including a water circulation pipe for circulating the water discharged from the cooling unit to the urea water generating unit. 제1 항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
상기 혼합가스를 수증기가 응축하는 제1 온도로 냉각하는 제1 냉각부와,
상기 혼합가스 또는 상기 혼합가스에서 물이 제거된 가스를 암모니아 기체가 응축하는 제2 온도로 냉각하는 제2 냉각부를 포함하며,
상기 물순환관은 일단이 상기 제1 냉각부에 직접 연결되거나 상기 제1 냉각부와 상기 제2 냉각부 사이에 연결되는 암모니아 연료 공급장치According to claim 1, wherein the cooling unit,
a first cooling unit for cooling the mixed gas to a first temperature at which water vapor condenses;
and a second cooling unit for cooling the mixed gas or the gas from which water is removed from the mixed gas to a second temperature at which ammonia gas condenses,
The water circulation pipe has one end directly connected to the first cooling unit or an ammonia fuel supply device connected between the first cooling unit and the second cooling unit. 제2 항에 있어서,
상기 물순환관 상에 설치되어 상기 물을 상온으로 냉각하는 쿨러와,
내부에 열매체가 유동하며 상기 쿨러와 상기 요소수생성유닛을 순환하는 열교환관을 더 포함하되,
상기 쿨러에서 상기 물과 열교환하여 가열된 상기 열매체는 상기 고체요소에 열을 전달하는 암모니아 연료 공급장치.3. The method of claim 2,
a cooler installed on the water circulation pipe to cool the water to room temperature;
A heat medium flows therein and further comprises a heat exchange pipe circulating the cooler and the urea water generating unit,
The heating medium heated by heat exchange with the water in the cooler transfers heat to the solid element. 제2 항에 있어서,
상기 연소기관에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관과,
상기 배기관 상에 연결되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)를 더 포함하되,
상기 선택적촉매환원반응기는 상기 요소수생성유닛으로부터 상기 요소수를 직접 공급받거나 상기 가열유닛으로부터 상기 혼합가스를 공급받는 암모니아 연료 공급장치.3. The method of claim 2,
an exhaust pipe for discharging exhaust gas generated from the combustion engine;
Further comprising a selective catalytic reduction reactor (SCR; Selective Catalytic Reduction) connected to the exhaust pipe to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas,
The selective catalytic reduction reactor is an ammonia fuel supply device that receives the urea water directly from the urea water generating unit or receives the mixed gas from the heating unit. 제4 항에 있어서,
상기 배기관에서 분기되어 상기 가열유닛을 경유하는 열전달관을 더 포함하되,
상기 가열유닛은 상기 열전달관을 유동하는 상기 배기가스의 열을 이용하여 상기 요소수를 가열하는 암모니아 연료 공급장치.5. The method of claim 4,
Further comprising a heat transfer pipe branched from the exhaust pipe and passing through the heating unit,
The heating unit is an ammonia fuel supply device for heating the urea water by using the heat of the exhaust gas flowing through the heat transfer pipe. 제2 항에 있어서,
상기 요소수생성유닛은,
일 측에 상기 물순환관의 타단이 연결되며 내부에 상기 고체요소를 수용하는 통 형상의 본체와,
상기 본체 내부에 회전 가능하게 설치되어 상기 고체요소와 상기 물을 혼합하는 교반기를 포함하는 암모니아 연료 공급장치.3. The method of claim 2,
The urea water generating unit,
The other end of the water circulation pipe is connected to one side and a tubular body accommodating the solid element therein;
Ammonia fuel supply device including a stirrer that is rotatably installed inside the body to mix the solid element and the water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150059032A (en) 2013-11-21 2015-05-29 한국에너지기술연구원 Liquid Injection Type Ammoina/Gasoline Dual Fuel System

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