KR20230003922A - Urea manufacturing device and thereof method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 요소수 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박이 요동하더라도 정량의 요소와 청수를 공급할 수 있어 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있는 요소수 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing urea water, and more particularly, to an apparatus and method for producing urea water capable of easily producing urea water at an appropriate concentration by supplying a fixed amount of urea and fresh water even when a ship is shaken. It is about.
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, 이에 따라, 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)의 설치가 필수적이다.In general, various engines installed in ships generate power by burning fossil fuels, and exhaust gases generated during the combustion of fossil fuels include nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon dioxide, and the like. As air pollution increases, regulations on various harmful substances included in exhaust gas are getting stricter. Accordingly, a selective catalytic reduction reactor (SCR) is installed to reduce nitrogen oxides included in exhaust gas. is essential
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, 요소수는 저장 시 0~35℃의 온도 조건을 유지해야 하고, 온도 조건을 유지하더라도 장시간 경과 시 성층화로 인해 균일도가 변하여 성능이 저하되므로, 온도 유지 및 주기적인 벙커링(bunkering)으로 인해 많은 비용이 소요되는 문제가 있다. 따라서, 최근에는 필요 시 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 제조하는 시스템이 도입되었으나, 요소와 청수의 질량을 측정하는 로드셀(load cell)이 선박의 요동에 민감하여 정량의 요소와 청수를 공급하는데 어려움이 있었다.The selective catalytic reduction reactor passes exhaust gas mixed with a reducing agent through a catalyst layer installed inside the reactor to reduce nitrogen oxides to nitrogen and water, and gaseous ammonia is used as the reducing agent. Ammonia in the gaseous phase has a high risk of explosion and high corrosiveness, so it is difficult to store and use. Therefore, conventionally, urea water capable of producing ammonia is stored in a tank, and when necessary, urea water is thermally decomposed in a selective catalytic reduction reactor. It was used after converting to gaseous ammonia. However, the number of urea must maintain the temperature condition of 0 ~ 35 ℃ during storage, and even if the temperature condition is maintained, the uniformity changes due to stratification over a long period of time and the performance deteriorates. There is a problem with costs. Therefore, in recent years, a system for producing urea water by mixing urea and fresh water has been introduced, but the load cell that measures the mass of urea and fresh water is sensitive to the vibration of the ship, so it is difficult to supply a fixed amount of urea and fresh water. There were difficulties.
이에, 선박이 요동하더라도 정량의 요소와 청수를 공급할 수 있는 요소수 제조장치가 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a urea water manufacturing device capable of supplying a fixed amount of urea and fresh water even when the ship is shaken.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박이 요동하더라도 정량의 요소와 청수를 공급할 수 있어 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있는 요소수 제조장치를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a urea water manufacturing device capable of easily producing urea water at an appropriate concentration by supplying a fixed amount of urea and fresh water even when the ship is rocking.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 선박이 요동하더라도 정량의 요소와 청수를 공급할 수 있어 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있는 요소수 제조방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for producing urea solution capable of easily producing urea solution at an appropriate concentration by supplying a quantity of urea and fresh water even when the vessel is shaken.
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 요소수 제조장치는, 내부에 요소수가 생성되는 수용공간이 형성된 챔버와, 상기 챔버를 탄성 지지하는 탄성지지부와, 상기 챔버 내부로 요소를 공급하는 요소공급부와, 상기 챔버 내부로 청수를 공급하는 청수공급부와, 상기 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 센싱신호를 전달받아 상기 챔버의 진동수를 산출하여 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량을 계산하는 연산부, 및 상기 요소공급부와 상기 청수공급부를 제어하여 상기 챔버 내부로 공급되는 상기 요소와 상기 청수의 양을 제어하는 제어부를 포함한다.An apparatus for producing urea water according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem includes a chamber having an accommodation space in which urea water is generated, an elastic support unit for elastically supporting the chamber, and supplying urea into the chamber. An element supply unit for supplying fresh water to the inside of the chamber, a sensor unit for detecting the movement or position of the chamber, and a sensing signal received from the sensor unit to calculate the frequency of vibration of the chamber to enter the chamber. It includes a calculation unit for calculating the mass of the received element, and a control unit for controlling the amount of the element and the fresh water supplied into the chamber by controlling the element supply unit and the fresh water supply unit.
상기 제어부는, 상기 챔버 내부로 상기 요소를 먼저 공급하고, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 질량에 따라 상기 청수의 공급량을 제어할 수 있다.The control unit may first supply the element into the chamber and control the supply amount of the fresh water according to the mass of the element supplied into the chamber.
상기 제어부는, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 양에 비해 상기 청수의 양을 적게 공급하여 기준농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 상기 청수를 추가로 공급하여 상기 요소수의 농도를 상기 기준농도로 맞출 수 있다.The control unit supplies a smaller amount of the fresh water than the amount of the urea supplied into the chamber to first prepare urea water having a higher concentration than the reference concentration, and additionally supplies the fresh water to set the concentration of the urea water to the reference standard. concentration can be adjusted.
상기 요소수 제조장치는, 일단이 상기 챔버에 연결되고 타단이 선박이 연소기관에서 발생된 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기에 연결되어, 상기 요소수를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수공급관을 더 포함할 수 있다.The device for producing urea water has one end connected to the chamber and the other end connected to a selective catalytic reduction reactor for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas generated from a combustion engine of a ship, so that the urea water is connected to the selective catalytic reduction reactor. It may further include a urea water supply pipe supplying to.
상기 요소수 제조장치는, 상기 요소수공급관 상에 설치되며, 상기 챔버 하방에 위치하여 상기 요소수를 저장하는 저장탱크를 더 포함하되, 상기 탄성지지부는 상기 챔버와 상기 저장탱크 사이에 개재될 수 있다.The urea water production device further includes a storage tank installed on the urea water supply pipe and located below the chamber to store the urea water, and the elastic support may be interposed between the chamber and the storage tank. there is.
상기 챔버와 상기 저장탱크 사이의 상기 요소수공급관은 적어도 일부가 신축 가능하게 형성될 수 있다.At least a portion of the urea water supply pipe between the chamber and the storage tank may be formed to be flexible.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조방법은, 챔버 내부로 요소를 공급하는 (A) 단계와, 상기 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 (B) 단계와, 상기 챔버의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 상기 챔버의 진동수를 산출하여 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량을 계산하는 (C) 단계, 및 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량에 맞춰 청수를 공급하여 요소수를 생성하는 (D) 단계를 포함한다.A method for manufacturing the number of urea according to an embodiment of the present invention for achieving the above another technical problem includes the steps of (A) supplying urea into the chamber, and (B) detecting the movement or position of the chamber; (C) calculating the mass of the element accommodated in the chamber by calculating the frequency of the chamber based on the movement or location information of the chamber, and supplying fresh water according to the mass of the element accommodated in the chamber to and (D) generating a number.
상기 (D) 단계는, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 양에 비해 상기 청수를 적게 공급하여 기준농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 상기 청수를 추가로 공급하여 상기 요소수의 농도를 상기 기준농도로 맞출 수 있다.In the step (D), the fresh water is supplied less than the amount of the urea supplied into the chamber to prepare urea water higher than the reference concentration first, and the fresh water is additionally supplied to increase the concentration of the urea water. It can be adjusted to the standard concentration.
본 발명에 따르면, 로드셀을 이용하여 요소의 질량을 측정하는 대신 요소가 공급되는 챔버의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 챔버의 진동수를 산출하여 요소의 질량을 계산하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 요소를 챔버로 공급할 수 있다.According to the present invention, instead of measuring the mass of the element using a load cell, the mass of the element is calculated by calculating the frequency of the chamber based on the movement or positional information of the chamber where the element is supplied, so that even if the ship is rocking, the quantitative element can be fed into the chamber.
또한, 로드셀을 이용하여 청수의 질량을 측정하는 대신 청수를 공급하는 청수공급부 상에 유량계를 설치하여 청수의 유량을 측정하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 청수를 챔버로 공급할 수 있다.In addition, instead of measuring the mass of fresh water using a load cell, a flow meter is installed on the fresh water supply unit for supplying fresh water to measure the flow rate of fresh water, so that even if the ship is shaken, a fixed amount of fresh water can be supplied to the chamber.
선박이 요동하는 상황에서도 정량의 요소와 청수가 공급됨에 따라 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 요소수가 선택적촉매환원반응기로 공급됨에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물도 용이하게 저감시킬 수 있다.Even when the ship is rocking, urea at an appropriate concentration can be easily produced by supplying urea and fresh water in a fixed amount, and nitrogen oxides included in the exhaust gas can be easily removed as the manufactured urea is supplied to the selective catalytic reduction reactor. can reduce
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 요소수 제조장치를 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 3은 요소수 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 4 내지 도 7은 요소수 제조장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.1 is a perspective view showing an apparatus for producing urea water according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the urea solution manufacturing device of FIG. 1 cut in a longitudinal direction.
Figure 3 is a flow chart showing a method for producing urea water.
4 to 7 are operational diagrams for explaining the operation of the urea water manufacturing 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 clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken 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 make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치 및 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 7, an apparatus and method for manufacturing urea water according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치는 선택적촉매환원반응기로 공급되어 환원제로 사용될 요소수를 제조하는 장치로, 선박에 설치될 수 있다.An apparatus for producing urea water according to an embodiment of the present invention is a device for producing urea water to be used as a reducing agent by being supplied to a selective catalytic reduction reactor, and may be installed in a ship.
요소수 제조장치는 로드셀을 이용하여 요소의 질량을 측정하는 대신 요소가 공급되는 챔버의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 챔버의 진동수를 산출하여 요소의 질량을 계산하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 요소를 챔버로 공급할 수 있다. 또한, 로드셀을 이용하여 청수의 질량을 측정하는 대신 청수를 공급하는 청수공급부 상에 유량계를 설치하여 청수의 유량을 측정하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 청수를 챔버로 공급할 수 있다. 선박이 요동하는 상황에서도 정량의 요소와 청수가 공급됨에 따라 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 요소수가 선택적촉매환원반응기로 공급됨에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물도 용이하게 저감시킬 수 있는 특징이 있다.Instead of measuring the mass of the element using a load cell, the urea water manufacturing device calculates the mass of the element by calculating the vibration frequency of the chamber based on the movement or position information of the chamber where the element is supplied, so that even if the ship is rocking, the quantitative element can be fed into the chamber. In addition, instead of measuring the mass of fresh water using a load cell, a flow meter is installed on the fresh water supply unit for supplying fresh water to measure the flow rate of fresh water, so that even if the ship is shaken, a fixed amount of fresh water can be supplied to the chamber. Even when the ship is rocking, urea at an appropriate concentration can be easily produced by supplying urea and fresh water in a fixed amount, and nitrogen oxides included in the exhaust gas can be easily removed as the manufactured urea is supplied to the selective catalytic reduction reactor. There are features that can be reduced.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 요소수 제조장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, the urea
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 요소수 제조장치를 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.1 is a perspective view showing an apparatus for producing urea water according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus for producing urea water in FIG. 1 cut in a longitudinal direction.
본 발명에 따른 요소수 제조장치(1)는 챔버(10)와, 탄성지지부(20)와, 요소공급부(30)와, 청수공급부(40)와, 센서부(50)와, 연산부(60), 및 제어부(70)를 포함한다.The urea
챔버(10)는 내부에 요소수가 생성되는 수용공간(10a)이 형성된 통 형상의 부재로, 후술할 요소공급부(30)와 청수공급부(40)가 각각 연결된다. 요소공급부(30)는 일 측이 요소저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 챔버(10) 내부로 요소를 공급하며, 요소저장탱크에는 화학식이 CH4N2O이고 무색무취의 결정성 물질인 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태의 고체요소가 저장될 수 있다. 예를 들어, 고체요소는 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. 청수공급부(40)는 일 측이 조수기(도시되지 않음) 또는 청수저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 챔버(10) 내부로 청수를 공급한다. 청수공급부(40) 상에는 유량계(41)가 설치되므로, 선박이 요동하더라도 정량의 청수가 챔버(10)로 공급될 수 있다. 챔버(10)는 요소공급부(30)로부터 공급받은 요소에, 청수공급부(40)로부터 공급받은 청수를 혼합하여 요소수를 생성하며, 요소와 청수의 원활한 혼합을 위해 내부에 교반장치(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 챔버(10)는 요소가 용해되어 생성된 요소수의 열이 외부로 방출되어 어는점 이하의 저온에서 요소수가 동결되는 것을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 합성수지 등으로 제작될 수 있으며, 필요에 따라 내측 또는 외측에 단열 효과를 증대시키는 단열재가 추가로 설치될 수 있다. 이러한 챔버(10)는 탄성지지부(20)에 의해 지지된다.The
탄성지지부(20)는 챔버(10)를 탄성 지지하는 것으로, 적절한 강성을 갖는 탄성 부재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성지지부(20)는 압축 코일 스프링으로 형성될 수 있다. 도면 상에는 4개의 탄성지지부(20)가 챔버(10)의 하부에 배치되어 챔버(10)를 탄성 지지하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 탄성지지부(20)의 형상, 개수, 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 탄성지지부(20)가 챔버(10)를 탄성 지지함에 따라, 챔버(10) 내부에 요소 또는 청수가 공급될 때 챔버(10)가 상하 방향으로 움직이거나 위치가 가변될 수 있다.The
센서부(50)는 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지하는 것으로, 예를 들어, 챔버(10)를 향해 레이저를 조사하는 레이저 센서일 수 있다. 센서부(50)는 챔버(10)의 외측에 고정된 타겟(11)을 향하여 레이저를 조사하며, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기 또는 위치를 바탕으로 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지할 수 있다. 이하, 센서부(50)가 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 바탕으로 챔버(10)의 움직임을 감지하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다.The
센서부(50)는 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 바탕으로 챔버(10)의 움직임을 감지할 수 있다. 예를 들어, 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양이 적을 경우, 챔버(10)가 작은 진폭으로 빠르게 움직이므로, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 짧을 수 있다. 다시 말해, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 설정된 주기보다 짧으면, 요소가 정량보다 적게 공급되었음을 알 수 있다. 반대로, 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양이 많을 경우, 챔버(10)가 큰 진폭으로 느리게 움직이므로, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 길 수 있다. 다시 말해, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 설정된 주기보다 길면, 요소가 정량보다 많이 공급되었음을 알 수 있다.The
센서부(50)는 연산부(60)와 전기적으로 연결되며, 연산부(60)는 센서부(50)로부터 센싱신호를 전달받아 챔버(10)의 진동수를 산출하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산할 수 있다. 이하, 연산부(60)가 챔버(10)의 진동수를 산출하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다. 연산부(60)는 센서부(50)로부터 전달된 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 하기의 <식1>에 적용하여 챔버(10)의 진동수를 산출하고, 산출된 챔버(10)의 진동수를 하기의 <식2>에 적용하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산할 수 있다.The
<식1><
(f=챔버의 진동수, t=타겟에 도달하는 레이저의 주기)(f=the frequency of the chamber, t=the period of the laser reaching the target)
<식2><Formula 2>
(f=챔버의 진동수, k= 탄성지지부의 강성, m=챔버와 요소의 질량 합)(f = frequency of chamber, k = stiffness of elastic support, m = sum of mass of chamber and element)
즉, 챔버(10) 내부로 공급되어야 하는 요소의 양에 대응하여 챔버(10)의 진동수를 산출해놓고, 산출된 챔버(10)의 진동수에 대응하여 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 미리 센서부(50)에서 설정해놓으면, 센서부(50)에서 감지되는 챔버(10)의 움직임을 통해 챔버(10)에 정량의 요소가 공급되었음을 알 수 있는 것이다. 종래와 같이 로드셀을 이용하여 요소의 질량을 측정하지 않고, 챔버(10)의 움직임을 바탕으로 챔버(10)의 진동수를 계산하여 요소의 질량을 측정함으로써, 선박이 요동하더라도 챔버(10)에 항상 정량의 요소를 공급할 수 있다. 이처럼 챔버(10)에 정량의 요소와 청수가 공급됨으로써, 챔버(10) 내부에서 적정 농도의 요소수가 제조될 수 있다.That is, the frequency of the
한편, 요소공급부(30)와 청수공급부(40)는 제어부(70)에 의해 제어될 수 있다. 제어부(70)는 챔버(10) 내부로 공급되는 요소와 청수의 양을 제어하는 것으로, 챔버(10) 내부로 요소를 먼저 공급하고 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 질량에 따라 청수의 공급량을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(70)는 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양에 비해 청수의 양을 적게 공급하여 기준 농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 청수를 추가로 공급하여 요소수의 농도를 기준 농도로 맞출 수 있다. 예를 들어, 제어부(70)는 챔버(10)의 움직임에 의한 측정 오차를 감안하여 요소수의 농도가 기준 농도보다 약 1~10% 높게 제조되도록 청수의 양을 1~10% 적게 공급하고, 교반장치의 동작 후 또는 일정 시간이 경과하여 요소가 청수에 완전히 용해되었을 때 농도를 측정한 후 측정된 농도를 기준으로 청수를 추가로 공급하여 요소수의 농도를 기준 농도로 맞출 수 있다. 요소수의 농도 측정을 위해, 챔버(10) 내부에는 농도계(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 제어부(70)가 기준 농도보다 높은 요소수를 먼저 제조한 후 청수를 추가로 공급하여 요소수를 기준 농도로 맞춤으로써, 오차 범위가 최소화되어 요소수의 농도가 기준 농도인 40%에 최대한 근접할 수 있으며, 이로 인해, 요소수의 성능이 극대화될 수 있다.On the other hand, the
챔버(10)에서 생성된 요소수는 선택적촉매환원반응기(81)로 공급된다. 선택적촉매환원반응기(81)는 선박의 연소기관에서 발생된 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 것으로, 연소기관에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관(도시되지 않음) 상에 연결된다. 선택적촉매환원반응기(81)는 배기가스에 챔버(10)로부터 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 배기관을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다. 한편, 연소기관으로부터 배출된 배기가스가 280이상의 고온일 경우, 전술한 바와 같이, 배기가스에 요소수를 직접 분사하여 배기가스의 열로 요소수를 분사하는 것이 가능하지만, 배기가스가 280미만의 저온일 경우, 배기가스의 열로 요소수를 열분해할 수 없다. 따라서, 저온의 배기가스를 정화하기 위해 선택적촉매환원반응기(81) 내부에는 촉매층 전단에 요소수를 암모니아로 전환시키기 위한 별도의 가열기가 설치될 수 있다. 선택적촉매환원반응기(81)는 요소수공급관(80)을 통해 요소수를 공급받을 수 있다.The urea water generated in the
요소수공급관(80)은 일단이 챔버(10)에 연결되고 타단이 선택적촉매환원반응기(81)에 연결되어 요소수를 선택적촉매환원반응기(81)로 공급할 수 있다. 요소수공급관(80) 상에는 저장탱크(90)가 설치되며, 저장탱크(90)는 챔버(10) 하방에 위치하여 선택적촉매환원반응기(81)로 공급되는 요소수를 일시 저장할 수 있다. 즉, 저장탱크(90)는 일종의 버퍼탱크 역할을 할 수 있다. 전술한 탄성지지부(20)는 챔버(10)와 저장탱크(90) 사이에 개재되어 챔버(10)를 탄성 지지하며, 전술한 센서부(50)는 저장탱크(90) 상단에 고정 설치되어 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지할 수 있다. 탄성지지부(20)가 챔버(10)와 저장탱크(90) 사이에 개재됨에 따라, 챔버(10)와 저장탱크(90) 사이의 요소수공급관(80)은 적어도 일부가 신축 가능하게 형성되어 챔버(10)의 움직임에 용이하게 대처할 수 있다. 또한, 챔버(10)와 저장탱크(90) 사이의 요소수공급관(80), 및 저장탱크(90)와 선택적촉매환원반응기(81) 사이의 요소수공급관(80) 상에는 각각 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 요소수의 유동이 제어될 수 있다. 그러나, 요소수공급관(80) 상에 저장탱크(90)가 설치된 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 저장탱크(90)는 생략될 수도 있다. 저장탱크(90)가 생략된 경우, 탄성지지부(20)는 요소수 제조장치(1)가 설치되는 공간의 바닥 또는 별도의 받침부재에 고정될 수 있으며, 센서부(50) 역시 바닥 또는 받침부재에 고정 설치될 수 있다.The urea
이하, 도 3을 참조하여, 요소수 제조방법에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3, a method for preparing urea solution will be described in detail.
도 3은 요소수 제조방법을 도시한 순서도이다.Figure 3 is a flow chart showing a method for producing urea water.
본 발명에 따른 요소수 제조방법은, 챔버(10) 내부로 요소를 공급하는 (A) 단계와, 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지하는 (B) 단계와, 챔버(10)의 움직임 또 는 위치 정보를 바탕으로 챔버(10)의 진동수를 산출하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산하는 (C) 단계, 및 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량에 맞춰 청수를 공급하여 요소수를 생성하는 (D) 단계를 포함한다.The urea solution manufacturing method according to the present invention includes the step (A) of supplying urea into the
먼저, 챔버(10) 내부에는 요소가 공급될 수 있다((A) 단계). 화학식이 CH4N2O이고 무색무취의 결정성 물질인 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태의 요소는 제어부(70)에 의해 제어되는 요소공급부(30)를 통해 공급되며, 요소공급부(30)는 일 측이 요소저장탱크에 연결되고 타 측이 챔버(10)에 연결되어 요소저장탱크에 저장된 요소를 챔버(10) 내부로 공급할 수 있다. 챔버(10)는 탄성지지부(20)에 의해 탄성 지지되므로, 요소공급부(30)를 통해 요소가 공급될 때 상하 방향으로 움직이거나 위치가 가변되며, 센서부(50)는 이러한 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지할 수 있다((B) 단계). 센서부(50)는 챔버(10)의 외측에 고정된 타겟(11)을 향하여 레이저를 조사하며, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기 또는 위치를 바탕으로 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지할 수 있다. 센서부(50)에서 감지된 챔버(10)의 움직임 또는 위치 정보는 연산부(60)로 전달되며, 연산부(60)는 챔버(10)의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 챔버(10)의 진동수를 산출하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산할 수 있다((C) 단계). 연산부(60)는 센서부(50)로부터 전달된 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 하기의 <식1>에 적용하여 챔버(10)의 진동수를 산출하고, 산출된 챔버(10)의 진동수를 하기의 <식2>에 적용하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산할 수 있다.First, urea may be supplied into the chamber 10 (step (A)). Urea in the form of powder, granules, or pellets having a chemical formula of CH 4 N 2 O and being a colorless, odorless crystalline substance is supplied through the
<식1><
(f=챔버의 진동수, t=타겟에 도달하는 레이저의 주기)(f=the frequency of the chamber, t=the period of the laser reaching the target)
<식2><Formula 2>
(f=챔버의 진동수, k= 탄성지지부의 강성, m=챔버와 요소의 질량 합)(f = frequency of chamber, k = stiffness of elastic support, m = sum of mass of chamber and element)
연산부(60)에서 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량이 계산되면, 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량에 맞춰 청수를 공급하여 요소수를 생성할 수 있다((D) 단계). 청수는 제어부(70)에 의해 제어되는 청수공급부(40)를 통해 공급되며, 청수공급부(40)는 일 측이 조수기 또는 청수저장탱크에 연결되고 타 측이 챔버(10)에 연결되어 챔버(10) 내부로 청수를 공급할 수 있다. 청수공급부(40) 상에는 유량계(41)가 설치되므로, 선박의 요동에 관계없이 정량의 청수가 챔버(10)로 공급될 수 있다. 이 때, 제어부(70)는 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양에 비해 청수의 양을 적게 공급하여 기준 농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 청수를 추가로 공급하여 요소수의 농도를 기준 농도로 맞출 수 있다. 제어부(70)가 기준 농도보다 높은 요소수를 먼저 제조한 후 청수를 추가로 공급하여 요소수를 기준 농도로 맞춤으로써, 요소수의 농도가 기준 농도인 40%에 최대한 근접하게 되어 성능이 극대화될 수 있다.When the mass of the element accommodated in the
한편, 챔버(10) 내부로 공급되어야 하는 요소의 양이 정해져 있는 경우, 요소의 질량에 대응하여 챔버(10)의 진동수를 산출해놓고, 산출된 챔버(10)의 진동수에 대응하여 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 미리 센서부(50)에 설정해놓을 수도 있다. 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 미리 센서부(50)에 설정해놓으면, 센서부(50)에서 감지되는 챔버(10)의 움직임을 통해 챔버(10)에 정량의 요소가 공급되었음을 알 수 있어 선박의 요동에 관계없이 정량의 요소를 챔버(10)로 공급할 수 있다.On the other hand, when the amount of elements to be supplied into the
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 요소수 제조장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 7, the operation of the urea
도 4 내지 도 7은 요소수 제조장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.4 to 7 are operational diagrams for explaining the operation of the urea water manufacturing device.
본 발명에 따른 요소수 제조장치(1)는 로드셀을 이용하여 요소의 질량을 측정하는 대신 요소가 공급되는 챔버(10)의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 챔버(10)의 진동수를 산출하여 요소의 질량을 계산하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 요소를 챔버(10)로 공급할 수 있다. 또한, 로드셀을 이용하여 청수의 질량을 측정하는 대신 청수를 공급하는 청수공급부(40) 상에 유량계(41)를 설치하여 청수의 유량을 측정하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 청수를 챔버(10)로 공급할 수 있다. 선박이 요동하는 상황에서도 정량의 요소와 청수가 공급됨에 따라 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 요소수가 선택적촉매환원반응기(81)로 공급됨에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물도 용이하게 저감시킬 수 있다.The urea
먼저, 도 4를 참조하면, 챔버(10) 내부에는 요소가 공급될 수 있다. 요소는 요소공급부(30)를 통해 공급되며, 요소공급부(30)는 요소저장탱크에 저장된 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태의 요소를 챔버(10) 내부로 공급할 수 있다. 챔버(10)는 탄성지지부(20)에 의해 탄성 지지되므로, 요소가 공급될 때 상하 방향으로 움직이거나 위치가 가변되며, 센서부(50)는 이러한 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지할 수 있다. 챔버(10) 내부로 공급되어야 하는 요소의 양을 정해져 있는 경우, 요소의 질량에 대응하여 챔버(10)의 진동수를 산출해놓고, 산출된 챔버(10)의 진동수에 대응하여 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 미리 센서부(50)에 설정해 놓을 수 있다. 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 미리 센서부(50)에 설정해놓으면, 센서부(50)에서 감지되는 챔버(10)의 움직임을 통해 챔버(10)에 정량의 요소가 공급되었음을 알 수 있다. 챔버(10) 내부에 정량의 요소가 공급되면, 제어부(70)는 도 5에 도시된 바와 같이, 요소공급부(30)를 폐쇄하여 요소의 공급을 중단하며, 도 6에 도시된 바와 같이, 청수공급부(40)를 개방하여 챔버(10) 내부로 청수를 공급한다. 이 때, 제어부(70)는 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양에 비해 청수의 양을 적게 공급하여 기준 농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 교반장치의 동작 후 또는 일정 시간이 경과하여 요소가 청수에 완전히 용해되었을 때 농도를 측정한 후 측정된 농도를 기준으로 청수를 추가로 공급하여 요소수의 농도를 기준 농도로 맞출 수 있다. 이러한 일련의 방식으로 기준 농도의 요소수가 제조되면, 제어부(70)는 도 7에 도시된 바와 같이, 요소수공급관(80)을 개방하여 요소수를 저장탱크(90)로 이동시키며, 저장탱크(90)에 저장된 요소수는 요소수공급관(80)을 통해 필요처, 예를 들어, 선택적촉매환원반응기(81)로 공급될 수 있다.First, referring to FIG. 4 , elements may be supplied into the
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 the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.
1: 요소수 제조장치
10: 챔버
11: 타겟
20: 탄성지지부
30: 요소공급부
40: 청수공급부
41: 유량계
50: 센서부
60: 연산부
70: 제어부
80: 요소수공급관
81: 선택적촉매환원반응기
90: 저장탱크1: urea water manufacturing device
10: chamber 11: target
20: elastic support unit 30: urea supply unit
40: fresh water supply unit 41: flow meter
50: sensor unit 60: calculation unit
70: control unit 80: urea water supply pipe
81: selective catalytic reduction reactor 90: storage tank
Claims (8)
상기 챔버를 탄성 지지하는 탄성지지부;
상기 챔버 내부로 요소를 공급하는 요소공급부;
상기 챔버 내부로 청수를 공급하는 청수공급부;
상기 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 센서부;
상기 센서부로부터 센싱신호를 전달받아 상기 챔버의 진동수를 산출하여 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량을 계산하는 연산부, 및
상기 요소공급부와 상기 청수공급부를 제어하여 상기 챔버 내부로 공급되는 상기 요소와 상기 청수의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 요소수 제조장치.A chamber having an accommodation space in which urea water is generated;
an elastic support unit for elastically supporting the chamber;
an urea supply unit supplying urea into the chamber;
a fresh water supply unit supplying fresh water into the chamber;
a sensor unit that senses the movement or position of the chamber;
A calculation unit for receiving a sensing signal from the sensor unit and calculating a frequency of the chamber to calculate a mass of the element accommodated in the chamber; and
Urea water manufacturing apparatus comprising a control unit for controlling the amount of the urea and the fresh water supplied into the chamber by controlling the urea supply unit and the fresh water supply unit.
상기 챔버 내부로 상기 요소를 먼저 공급하고, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 질량에 따라 상기 청수의 공급량을 제어하는 요소수 제조장치.The method of claim 1, wherein the control unit,
Urea water production device for first supplying the urea into the chamber and controlling the supply amount of the fresh water according to the mass of the urea supplied into the chamber.
상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 양에 비해 상기 청수의 양을 적게 공급하여 기준농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 상기 청수를 추가로 공급하여 상기 요소수의 농도를 상기 기준농도로 맞추는 요소수 제조장치.The method of claim 2, wherein the control unit,
An element that first prepares a higher urea concentration than the reference concentration by supplying a smaller amount of the fresh water compared to the amount of the urea supplied into the chamber, and additionally supplies the fresh water to adjust the concentration of the urea water to the reference concentration. water manufacturing device.
일단이 상기 챔버에 연결되고 타단이 선박이 연소기관에서 발생된 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기에 연결되어, 상기 요소수를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수공급관을 더 포함하는 요소수 제조장치.According to claim 1,
A urea water supply pipe having one end connected to the chamber and the other end connected to a selective catalytic reduction reactor for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas generated from a combustion engine of a ship and supplying the urea water to the selective catalytic reduction reactor A number of urea manufacturing apparatus further comprising.
상기 요소수공급관 상에 설치되며, 상기 챔버 하방에 위치하여 상기 요소수를 저장하는 저장탱크를 더 포함하되,
상기 탄성지지부는 상기 챔버와 상기 저장탱크 사이에 개재되는 요소수 제조장치.According to claim 4,
Further comprising a storage tank installed on the urea water supply pipe and located below the chamber to store the urea water,
The elastic support unit is interposed between the chamber and the storage tank.
상기 챔버와 상기 저장탱크 사이의 상기 요소수공급관은 적어도 일부가 신축 가능하게 형성되는 요소수 제조장치.According to claim 5,
At least a part of the urea water supply pipe between the chamber and the storage tank is formed to be flexible.
상기 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 (B) 단계;
상기 챔버의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 상기 챔버의 진동수를 산출하여 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량을 계산하는 (C) 단계, 및
상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량에 맞춰 청수를 공급하여 요소수를 생성하는 (D) 단계를 포함하는 요소수 제조방법.(A) supplying urea into the chamber;
(B) detecting the movement or position of the chamber;
(C) calculating the mass of the element accommodated in the chamber by calculating the frequency of the chamber based on the motion or positional information of the chamber; and
A method for producing urea water comprising the step (D) of generating urea water by supplying fresh water according to the mass of the urea accommodated in the chamber.
상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 양에 비해 상기 청수를 적게 공급하여 기준농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 상기 청수를 추가로 공급하여 상기 요소수의 농도를 상기 기준농도로 맞추는 요소수 제조방법.The method of claim 7, wherein the (D) step,
Compared to the amount of the urea supplied into the chamber, the fresh water is supplied less than the standard concentration to prepare the urea solution first, and the fresh water is additionally supplied to adjust the urea solution concentration to the reference concentration. Way.
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