KR20230036832A - 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의해 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템은, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 연소기관과, 연소기관에서 발생한 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기, 및 연소기관과 선택적촉매환원반응기를 연결하여 배기가스를 선택적촉매환원반응기로 공급하며, 연소기관과 연결되는 입구부와 선택적촉매환원반응기와 연결되는 출구부를 포함하는 배기관과, 입구부와 출구부 사이의 배기관 내부에 형성되며, 내경이 단차지게 감소하는 단차부와, 입구부와 단차부 사이의 배기관 내부에 설치되며, 배기가스를 회전시켜 원심력을 발생시키는 날개부와, 날개부와 단차부 사이의 배기관 중 적어도 일부가 돌출 형성되어 배기가스에 포함된 수트(soot)를 포집하는 수트포집탱크, 및 입구부와 출구부 사이의 배기관 내부에 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 분사하는 분사노즐을 포함하는 수트처리유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템은, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 연소기관과, 연소기관에서 발생한 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기, 및 연소기관과 선택적촉매환원반응기를 연결하여 배기가스를 선택적촉매환원반응기로 공급하며, 연소기관과 연결되는 입구부와 선택적촉매환원반응기와 연결되는 출구부를 포함하는 배기관과, 입구부와 출구부 사이의 배기관 내부에 형성되며, 내경이 단차지게 감소하는 단차부와, 입구부와 단차부 사이의 배기관 내부에 설치되며, 배기가스를 회전시켜 원심력을 발생시키는 날개부와, 날개부와 단차부 사이의 배기관 중 적어도 일부가 돌출 형성되어 배기가스에 포함된 수트(soot)를 포집하는 수트포집탱크, 및 입구부와 출구부 사이의 배기관 내부에 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 분사하는 분사노즐을 포함하는 수트처리유닛을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 인화성 물질인 수트(soot)를 효과적으로 분리하여 선택적촉매환원반응기에서의 질소산화물 제거 효과를 향상시킬 수 있는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 유해물질을 포함하고 있다. 이러한 유해물질은 대기를 오염시키는 주요 원인이 되므로, 배기가스로부터 제거할 필요가 있다. 통상, 황산화물의 경우, 습식 스크러버(wet scrubber)를 이용하여 제거하며, 질소산화물의 경우, 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)을 이용하여 제거한다. 선택적촉매환원반응기는 엔진에서 배출되는 배기가스에 요소수를 분사한 후 촉매층을 통과시켜 요소수가 열분해되어 생성된 암모니아와 질소산화물을 반응시키며, 이로 인해, 질소산화물이 물과 질소로 변환된다.
한편, 연료의 불완전 연소에 따른 인화성 물질인 수트(soot)도 함께 선택적촉매환원반응기로 유입되는데, 수트는 선택적촉매환원반응기의 촉매에 접착되어 암모니아와 질소산화물의 반응을 방해한다. 따라서, 종래에는 선택적촉매환원반응기에 수트 블로워(soot blower)를 설치하여 촉매에 접착된 수트를 분리하였으나, 별도의 수트 블로워를 설치함에 따라 구조적으로 복잡해지고 제작 및 설치 비용이 증가하는 문제점이 있다.
이에, 간단한 구조로 배기가스에 포함된 수트를 분리하여 질소산화물 제거 효과를 향상시킬 수 있는 시스템 및 이를 포함하는 선박이 필요하게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배기가스에 포함된 인화성 물질인 수트(soot)를 효과적으로 분리하여 선택적촉매환원반응기에서의 질소산화물 제거 효과를 향상시킬 수 있는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 배기가스에 포함된 인화성 물질인 수트(soot)를 효과적으로 분리하여 선택적촉매환원반응기에서의 질소산화물 제거 효과를 향상시킬 수 있는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템은, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 연소기관과, 상기 연소기관에서 발생한 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기, 및 상기 연소기관과 상기 선택적촉매환원반응기를 연결하여 상기 배기가스를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하며, 상기 연소기관과 연결되는 입구부와 상기 선택적촉매환원반응기와 연결되는 출구부를 포함하는 배기관과, 상기 입구부와 상기 출구부 사이의 상기 배기관 내부에 형성되며, 내경이 단차지게 감소하는 단차부와, 상기 입구부와 상기 단차부 사이의 상기 배기관 내부에 설치되며, 상기 배기가스를 회전시켜 원심력을 발생시키는 날개부와, 상기 날개부와 상기 단차부 사이의 상기 배기관 중 적어도 일부가 돌출 형성되어 상기 배기가스에 포함된 수트(soot)를 포집하는 수트포집탱크, 및 상기 입구부와 상기 출구부 사이의 상기 배기관 내부에 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 분사하는 분사노즐을 포함하는 수트처리유닛을 포함한다.
상기 수트포집탱크는, 상기 배기관과 상기 수트포집탱크가 접하는 면 중 적어도 일부가 개구되어, 상기 배기관 내의 상기 수트가 상기 수트포집탱크 내로 배출되는 수트배출구를 포함할 수 있다.
상기 수트배출구는 상기 단차부에 인접하여 형성될 수 있다.
상기 분사노즐은 상기 수트포집탱크와 대향되는 위치에 설치될 수 있다.
상기 배기관은, 상기 단차부를 경계로 내경이 작아져 상기 출구부의 내경이 상기 입구부의 내경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 선박은, 선체와, 상기 선체에 설치되는 연료저장탱크와, 상기 선체에 설치되는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템, 및 상기 연소기관으로부터 동력을 전달받아 추진력을 생성하는 추진장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 연소기관에서 발생한 배기가스에 포함된 인화성 물질인 수트가 선택적촉매환원반응기 전단에서 분리되어 수트포집탱크에 포집될 수 있다. 따라서, 수트가 선택적촉매환원반응기의 촉매에 접착되어 암모니아와 질소산화물의 반응을 방해하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해, 선택적촉매환원반응기에서 배기가스에 포함된 질소산화물이 효과적으로 제거될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 B-B 선으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 4는 분사노즐의 배치 상태를 도시한 예시도이다.
도 5는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 6은 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 B-B 선으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 4는 분사노즐의 배치 상태를 도시한 예시도이다.
도 5는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 6은 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박을 도시한 도면이다.
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.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템은 연료를 연소하여 동력을 발생시키고, 연료의 연소로 발생되는 배기가스에 포함된 수트를 분리하여 선택적촉매환원반응기로 공급하는 장치로, 예를 들어, 선박에 적용될 수 있다.
배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템은 연소기관에서 발생한 배기가스에 포함된 인화성 물질인 수트를 선택적촉매환원반응기 전단에서 분리하여 수트포집탱크에 포집할 수 있다. 따라서, 수트가 선택적촉매환원반응기의 촉매에 접착되어 암모니아와 질소산화물의 반응을 방해하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해, 선택적촉매환원반응기에서 배기가스에 포함된 질소산화물이 효과적으로 제거될 수 있는 특징이 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 B-B 선으로 절단하여 도시한 단면도이고, 도 4는 분사노즐의 배치 상태를 도시한 예시도이다.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1)은 연소기관(10)과, 선택적촉매환원반응기(20), 및 수트처리유닛(30)을 포함한다.
연소기관(10)은 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 장치로서, 예를 들어, 내연기관 또는 외연기관 또는 기타 열기관일 수 있다. 연소기관(10)은 연료를 연소하여 선박에 필요한 각종 동력을 발생시키며, 이로 인해, 연료의 연소에 따른 배기가스가 생성된다. 생성된 배기가스에는 대기 오염을 유발하는 다량의 질소산화물이 포함되어 있으므로, 선택적촉매환원반응기(20)를 통과시켜 질소산화물을 제거할 필요가 있다. 선택적촉매환원반응기(20)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 장치로, 배기가스에 포함된 질소산화물을 암모니아와 반응시켜 물과 질소로 변환시킨다. 선택적촉매환원반응기(20)는 이미 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 또한, 연소기관(10)에서 생성된 배기가스에는 불완전 연소 등의 이유로 발화원(發火原)이 되는 수트가 다량 포함될 수 있다. 수트는 선택적촉매환원반응기(20)의 기능을 저하시키므로, 배기가스로부터 제거할 필요가 있다. 수트는 수트처리유닛(30)에서 포집될 수 있다.
수트처리유닛(30)은 배기가스에 포함된 수트를 제거하는 것으로, 연소기관(10)과 선택적촉매환원반응기(20) 사이에 위치할 수 있다. 수트처리유닛(30)은 배기관(31)과, 단차부(32)와, 날개부(33)와, 수트포집탱크(34), 및 분사노즐(35)을 포함한다.
배기관(31)은 연소기관(10)과 선택적촉매환원반응기(20) 사이를 연결하여 연소기관(10)에서 발생한 배기가스를 선택적촉매환원반응기(20)로 공급하는 관으로, 연소기관(10)과 연결되는 입구부(31a)와 선택적촉매환원반응기(20)와 연결되는 출구부(31b)를 포함한다. 즉, 연소기관(10)에서 배출된 배기가스는 배기관(31)의 입구부(31a)로 유입되어 출구부(31b)로 배출되며 선택적촉매환원반응기(20)로 유입된다. 배기관(31)은 연소기관(10)과 선택적촉매환원반응기(20) 사이의 전체 구간에 형성되거나 일부 구간에 형성될 수 있으며, 직립 배치될 수 있다. 배기관(31) 내부에는 단차부(32)가 형성될 수 있다.
단차부(32)는 내경이 단차지게 감소하는 부분으로, 입구부(31a)와 출구부(31b) 사이의 배기관(31) 내부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 배기관(31)은 단차부(32)를 경계로 내경이 작아져 출구부(31b)의 내경(d2)이 입구부(31a)의 내경(d1)보다 작게 형성될 수 있다. 배기관(31) 내부에 단차부(32)가 형성됨으로써, 후술할 날개부(33)가 배기가스에 원심력을 발생시키면, 상대적으로 무겁고 입자가 커 배기가스로부터 분리된 수트가 단차부(32)에 걸리게 되어 출구부(31b)로 유입될 수 없으며, 이로 인해, 수트가 선택적촉매환원반응기(20)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
날개부(33)는 배기가스를 회전시켜 원심력을 발생시키는 것으로, 입구부(31a)와 단차부(32) 사이의 배기관(31) 내부에 설치될 수 있다. 날개부(33)의 형상은 한정될 것은 아니나, 예를 들어, 배기관(31) 중앙에 배치된 몸체부와, 몸체부의 외주면에 방사형으로 배열되어 배기관(31)의 원주 방향을 따라 굴절되며 끝단이 배기관(31) 내측에 고정된 복수 개의 블레이드로 이루어질 수 있다. 즉, 날개부(33)는 배기관(31) 내부에 고정 설치되며, 배기가스는 블레이드의 익면(翼面)을 따라 유동하며 회전될 수 있다. 날개부(33)가 배기가스를 회전시켜 원심력을 발생시킴으로써, 전술한 바와 같이, 상대적으로 무겁고 입자가 큰 수트가 원심력에 의해 배기가스로부터 분리되어 배기관(31)의 중심으로부터 벗어나며 후술할 수트포집탱크(34)에 용이하게 포집될 수 있다. 또한, 배기가스가 난류로 변환되므로, 후술할 분사노즐(35)이 분사하는 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나가 배기가스와 용이하게 혼합될 수 있다.
수트포집탱크(34)는 배기가스에 포함된 수트를 포집하는 것으로, 날개부(33)와 단차부(32) 사이의 배기관(31) 중 적어도 일부가 돌출되어 형성될 수 있다. 이 때, 수트포집탱크(34)는 도시된 바와 같이, 날개부(33)와 단차부(32) 사이의 배기관(31)이 배기관(31)의 외측으로 일부 돌출되어 형성될 수도 있고, 날개부(33)와 단차부(32) 사이의 배기관(31)이 배기관(31)의 중심을 향해 일부 돌출되어 형성될 수도 있다. 그러나, 수트포집탱크(34)가 날개부(33)와 단차부(32) 사이의 배기관(31) 중 적어도 일부가 돌출되어 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 원심력에 의해 배기가스로부터 분리된 수트를 걸러 포집할 수 있는 구조이면 어떠한 형태라도 가능하다.
이하, 수트포집탱크(34)가 날개부(33)와 단차부(32) 사이의 배기관(31) 중 일부가 외측으로 돌출되어 형성된 구조를 보다 중점적으로 설명한다.
수트포집탱크(34)는, 배기관(31)과 접하는 면 중 적어도 일부가 개구되어 수트를 포집하는 수트배출구(34a)가 형성되고, 수트포집구(34a)는 단차부(32)에 인접하여 형성될 수 있다. 즉, 원심력에 의해 배기가스로부터 분리된 수트는 배기관(31)의 중심으로부터 벗어나며 수트배출구(34a)를 통과하고 중력에 의해 낙하하여 수트포집탱크(34)에 포집된다. 수트배출구(34a)가 단차부(32)에 인접하여 형성됨으로써, 전술한 바와 같이, 수트가 단차부(32)에 걸리게 되어 출구부(31b)로 유입되지 않고 수트배출구(34a)로 용이하게 배출될 수 있다. 배기관(31)은, 입구부(31a)와 출구부(31b) 사이에 적어도 일부가 확장되어 내경이 단차부(32)의 내경보다 크게 형성되고 수트포집탱크(34)가 형성된 확장부(31c)를 포함하므로, 수트배출구(34a)로 배출된 수트는 수트포집탱크(34)의 내부 공간을 이루는 확장부(31c)에 포집될 수 있다. 확장부(31c)는 포집된 수트가 수트배출구(34a)로 다시 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 수트배출구(34a)보다 크게 형성되어 배기관(31)의 외측에서 날개부(33)를 향하여 연장될 수 있다. 또한, 수트포집탱크(34)는, 내부에 포집된 수트를 외부로 배출하는 수트방출구(34b)가 형성될 수 있다. 수트방출구(34b)는 맨홀과 같은 덮개부(36)에 의해 폐쇄될 수 있으며, 필요 시 사용자에 의해 선택적으로 개폐될 수 있다. 필요에 따라, 수트방출구(34b)에는 드레인 배관(도시되지 않음)이 연결되어 포집된 수트를 즉각 배출할 수도 있다. 도면 상에는 수트배출구(34a)가 단차부(32)의 내경과 서로 다른 면 상에 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 수트배출구(34a)는 단차부(32)의 내경과 동일 면 상에 형성될 수도 있다.
분사노즐(35)은 입구부(31a)와 출구부(31b) 사이의 배기관(31) 내부에 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 분사할 수 있다. 분사노즐(35)은 일 측이 저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 공급받으며, 배기관(31) 내부에 위치하는 타 측은 날개부(33)에 의해 배기가스가 회전하는 방향을 고려하여 배기가스가 수트포집탱크(34)를 통과한 이후 지점에 설치될 수 있다. 분사노즐(35)이 배기가스가 수트포집탱크(34)를 통과한 이후 지점에 설치됨으로써, 암모니아 수용액이나 요소수가 분사되는 경우, 질량이 큰 액상의 입자가 수트와 함께 수트포집탱크(34)에 포집되는 것을 방지할 수 있다. 분사노즐(35)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수트포집탱크(34)와 대향되는 위치에 설치될 수 있으며, 이 때, 노즐단부(35a)는 배기관(31)의 중심을 향하도록 배치될 수도 있고, 배기가스의 유동방향을 향하도록 배치될 수도 있다. 그러나, 분사노즐(35)이 수트포집탱크(34)와 대향되는 위치에 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 분사노즐(35)은 수트포집탱크(34)와 동일 측에 설치되거나 수직한 위치에 설치될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 분사노즐(35)의 설치 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 분사노즐(35)은, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 날개부(33)와 단차부(32) 사이에 형성되며, 노즐단부(35a)가 배기관(31)의 중심을 향하도록 배치되되 단차부(32)의 내경보다 배기관(31)의 중심에 가깝게 배치될 수 있다. 원심력에 의해 바깥으로 퍼진 배기가스는 단차부(32)를 지나면서 직경이 작은 출구부(31b)로 유입되기 위해 중앙으로 모아진다. 노즐단부(35a)가 단차부(32)의 내경보다 배기관(31)의 중심에 가깝게 배치되면, 노즐단부(35a)를 통해 분사된 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나가 중앙에 모아진 배기가스에 용이하게 혼합될 수 있어 선택적촉매환원반응기(20)에서 암모니아와 질소산화물의 반응이 효과적으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 질소산화물의 제거율이 증대될 수 있다.
또한, 분사노즐(35)은, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 노즐단부(35a)가 출구부(31b)를 향하도록 형성되어 배기가스가 유동하는 방향을 향하여 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 분사할 수도 있다. 노즐단부(35a)가 출구부(31b)를 향하도록 형성되면, 노즐단부(35a)를 통해 분사된 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나가 배기가스와 함께 배기관(31)을 유동하게 되어 혼합될 수 있는 시간이 증가하므로, 선택적촉매환원반응기(20)에서 암모니아와 질소산화물의 반응이 효과적으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 질소산화물의 제거율이 증대될 수 있다.
또한, 분사노즐(35)은, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 단차부(32)와 출구부(31b) 사이에 배치될 수도 있다. 단차부(32)와 출구부(31b) 사이의 배기관(31)을 유동하는 배기가스는 수트가 분리된 상태이고 중앙으로 모아져 직진성을 갖는다. 분사노즐(35)이 단차부(32)와 출구부(31b) 사이에 배치되면, 노즐단부(35a)를 통해 분사된 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나가 배기가스에 보다 용이하게 혼합될 수 있어 선택적촉매환원반응기(20)에서 암모니아와 질소산화물의 반응이 보다 효과적으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 질소산화물의 제거율이 보다 증대될 수 있다. 도면 상에는 노즐단부(35a)가 배기관(31)의 중심을 향하도록 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 필요에 따라 노즐단부(35a)는 입구부(31a) 또는 출구부(31b)를 향하도록 배치될 수도 있다.
또한, 도면 상에 도시하진 않았으나, 분사노즐(35)은 날개부(33) 전단에 배치될 수도 있고, 날개부(33)와 동일 선상에 배치될 수도 있다.
이러한 수트처리유닛(30)은 단일 개로 형성되어 연소기관(10)과 선택적촉매환원반응기(20) 사이에 설치될 수도 있고, 복수 개가 연소기관(10)과 선택적촉매환원반응기(20) 사이에 직렬로 연결될 수도 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1)은 연소기관(10)에서 발생한 배기가스에 포함된 인화성 물질인 수트를 선택적촉매환원반응기(20) 전단에서 분리하여 수트포집탱크(34)에 포집할 수 있다. 따라서, 수트가 선택적촉매환원반응기(20)의 촉매에 접착되어 암모니아와 질소산화물의 반응을 방해하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해, 선택적촉매환원반응기(20)에서 배기가스에 포함된 질소산화물이 효과적으로 제거될 수 있다.
도 5를 참조하면, 연소기관(10)에서 발생된 질소산화물과 수트를 포함하는 배기가스는 배기관(31)의 입구부(31a)로 유입되며, 날개부(33)를 지나면서 회전되어 원심력이 발생된다. 배기가스에 원심력이 발생됨에 따라, 무겁고 입자가 큰 수트는 배기가스로부터 분리되어 배기관(31)의 중심으로부터 벗어나게 되고, 배기관(31)에 형성된 수트배출구(34a)로 배출되어 중력에 의해 낙하하여 수트포집탱크(34)에 포집된다. 수트배출구(34a)는 단차부(32)에 인접하여 형성되므로, 수트는 단차부(32)에 걸리게 되어 출구부(31b) 측으로 유입되지 않고 수트배출구(34a)로 배출될 수 있다. 수트가 제거되고 질소산화물만 남은 배기가스는 분사노즐(35)이 분사하는 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나와 혼합된 후 출구부(31b)를 통해 선택적촉매환원반응기(20)로 공급된다. 수트가 제거된 배기가스가 선택적촉매환원반응기(20)로 공급됨으로써, 선택적촉매환원반응기(20)에서 암모니아와 질소산화물의 반응이 증대되어 배기가스에 포함된 질소산화물이 효과적으로 환원될 수 있다.
한편, 수트포집탱크(34)의 내부 공간을 이루는 확장부(31c)에 다량의 수트가 포집된 경우, 사용자는 덮개부(36)를 분리하고 수트방출구(34b)를 개방하여 확장부(31c)에 포집된 수트를 외부로 배출할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박(100)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박(100)은 선체(2)와, 연료저장탱크(3)와, 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1), 및 추진장치(4)를 포함한다.
선체(2)는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박(100)의 본체로서, 외측 형상이 유선형(流線型)으로 형성되어 해류에 의한 저항을 최소화할 수 있다. 선체(2)에는 연료저장탱크(3)를 비롯하여 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1)이 설치된다. 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템(1)에 관한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.
연료저장탱크(3)는 연소기관(10)에서 사용될 연료를 저장하는 탱크로, 선체(2)에 적어도 하나가 마련될 수 있다. 연료저장탱크(3)에 저장된 연료는 연료공급관(3a)을 통해 연소기관(10)으로 공급되며, 연료공급관(3a)은 연료저장탱크(3)와 연소기관(10) 사이를 연결할 수 있다. 필요에 따라, 연료공급관(3a) 상에는 펌프(도시되지 않음), 압축기(도시되지 않음), 히터(도시되지 않음) 등이 설치될 수 있다. 연소기관(10)은 연료를 연소하여 동력을 발생시키고, 이 때, 발생된 동력은 추진장치(4)에 전달될 수 있다. 추진장치(4)는 연소기관(10)으로부터 동력을 전달받아 선체(2)에 필요한 추진력을 생성하며, 이로 인해, 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박(100)이 추진할 수 있다. 연소기관(10)에서 연료의 연소에 따라 발생된 배기가스는 수트처리유닛(30)으로 공급되어 수트가 제거된 후 선택적촉매환원반응기(20)로 공급되며, 선택적촉매환원반응기(20)에서 질소산화물이 제거된 후 대기 중으로 방출된다.
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.
1: 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템
2: 선체 3: 연료탱크
3a: 연료공급관 4: 추진장치
10: 연소기관 20: 선택적촉매환원반응기
30: 수트처리유닛 31: 배기관
31a: 입구부 31b: 출구부
31c: 확장부 32: 단차부
33: 날개부 34: 수트포집탱크
34a: 수트배출구 34b: 수트방출구
35: 분사노즐 35a: 노즐단부
36: 덮개부
100: 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박
2: 선체 3: 연료탱크
3a: 연료공급관 4: 추진장치
10: 연소기관 20: 선택적촉매환원반응기
30: 수트처리유닛 31: 배기관
31a: 입구부 31b: 출구부
31c: 확장부 32: 단차부
33: 날개부 34: 수트포집탱크
34a: 수트배출구 34b: 수트방출구
35: 분사노즐 35a: 노즐단부
36: 덮개부
100: 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템을 포함하는 선박
Claims (6)
- 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 연소기관;
상기 연소기관에서 발생한 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기, 및
상기 연소기관과 상기 선택적촉매환원반응기를 연결하여 상기 배기가스를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하며, 상기 연소기관과 연결되는 입구부와 상기 선택적촉매환원반응기와 연결되는 출구부를 포함하는 배기관과,
상기 입구부와 상기 출구부 사이의 상기 배기관 내부에 형성되며, 내경이 단차지게 감소하는 단차부와,
상기 입구부와 상기 단차부 사이의 상기 배기관 내부에 설치되며, 상기 배기가스를 회전시켜 원심력을 발생시키는 날개부와,
상기 날개부와 상기 단차부 사이의 상기 배기관 중 적어도 일부가 돌출 형성되어 상기 배기가스에 포함된 수트(soot)를 포집하는 수트포집탱크, 및
상기 입구부와 상기 출구부 사이의 상기 배기관 내부에 암모니아, 암모니아 수용액, 요소수 중 적어도 하나를 분사하는 분사노즐을 포함하는 수트처리유닛을 포함하는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 수트포집탱크는, 상기 배기관과 상기 수트포집탱크가 접하는 면 중 적어도 일부가 개구되어, 상기 배기관 내의 상기 수트가 상기 수트포집탱크 내로 배출되는 수트배출구를 포함하는 배기가스 처리장치. - 제2 항에 있어서,
상기 수트배출구는 상기 단차부에 인접하여 형성되는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 분사노즐은 상기 수트포집탱크와 대향되는 위치에 설치되는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 배기관은,
상기 단차부를 경계로 내경이 작아져 상기 출구부의 내경이 상기 입구부의 내경보다 작게 형성되는 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템. - 선체;
상기 선체에 설치되는 연료저장탱크;
상기 선체에 설치되는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 배기 오염물질 저감 구조를 갖는 동력 발생 시스템, 및
상기 연소기관으로부터 동력을 전달받아 추진력을 생성하는 추진장치를 포함하는 선박.
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| KR102220487B1 (ko) * | 2019-09-18 | 2021-02-25 | 삼성중공업 주식회사 | 배기가스 처리 시스템 |
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