KR20230037157A - 요소공급장치 - Google Patents

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KR20230037157A
KR20230037157A KR1020210120113A KR20210120113A KR20230037157A KR 20230037157 A KR20230037157 A KR 20230037157A KR 1020210120113 A KR1020210120113 A KR 1020210120113A KR 20210120113 A KR20210120113 A KR 20210120113A KR 20230037157 A KR20230037157 A KR 20230037157A
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supply pipe
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박성종
진봉만
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 요소공급장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 요소공급장치는 요소수가 생성되는 챔버에 요소를 공급하며, 요소가 저장되는 저장탱크와, 저장탱크와 챔버 사이를 연결하여 요소를 공급하는 요소공급관과, 요소공급관에서 분기되어 저장탱크에 연결된 공기순환관, 및 공기순환관에 설치되어 요소공급관의 공기를 저장탱크로 순환시키는 순환팬을 포함할 수 있다.

Description

요소공급장치{Urea supply device}
본 발명은 요소공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 붙어 있는 요소를 분산시키며 공급하여 청수에 용이하게 용해되도록 돕는 요소공급장치에 관한 것이다.
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.
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, 탱크에 보관된 요소가 습기에 의해 녹아 서로 붙어 있을 경우 청수에 용해되는 데 많은 시간이 소요되어 필요 시 즉각 생성하여 공급하는데 어려움이 있었다.
이에, 탱크에 보관된 요소를 분산시켜 공급할 수 있는 요소공급장치가 필요하게 필요하게 되었다.
대한민국 공개특허 제10-2020-0104690호 (2020. 09. 04.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 서로 붙어 있는 요소를 분산시키며 공급하여 청수에 용이하게 용해되도록 돕는 요소공급장치를 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 요소공급장치는, 요소수가 생성되는 챔버에 요소를 공급하며, 상기 요소가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크와 상기 챔버 사이를 연결하여 상기 요소를 공급하는 요소공급관과, 상기 요소공급관에서 분기되어 상기 저장탱크에 연결된 공기순환관, 및 상기 공기순환관에 설치되어 상기 요소공급관의 공기를 상기 저장탱크로 순환시키는 순환팬을 포함한다.
상기 요소공급장치는, 상기 공기순환관 내부에 설치되어 상기 저장탱크로 순환되는 공기를 건조시키는 건조유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 요소공급관은, 상기 저장탱크에 수평하게 연결되는 수평배관과, 상기 수평배관으로부터 하방으로 수직하게 연장되어 상기 챔버에 연결되는 수직배관을 포함하고, 상기 공기순환관은 상기 수직배관과 동일 수직 선상의 상기 수평배관 상측에서 분기될 수 있다.
상기 요소공급장치는, 상기 요소공급관 내부에 회전 가능하게 결합된 회전축에 결합되어 상기 요소공급관 내부에서 회전하며 상기 요소를 상기 챔버로 밀며 이동시키는 스크류를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 요소공급관에서 분기되어 저장탱크에 연결된 공기순환관 상에 순환팬이 설치되므로, 요소공급관의 공기가 저장탱크로 순환되면서 요소공급관 내부에 음압이 형성되며, 이로 인해, 저장탱크에 저장된 요소가 요소공급관으로 용이하게 이동할 수 있다. 특히, 공기순환관 상에 설치된 건조유닛이 저장탱크로 순환되는 공기를 건조시키므로, 저장탱크 내에 서로 붙어 있는 요소가 분산되며 챔버에 공급될 수 있으며, 이로 인해, 요소가 청수에 용이하게 용해될 수 있어 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축될 수 있다. 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축됨에 따라, 필요 시 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기로 공급 가능하게 되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 용이하게 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소공급장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 요소공급장치를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 요소공급장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
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 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 요소공급장치에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 요소공급장치는 요소수가 생성되는 챔버에 요소를 공급하는 장치로, 선박에 설치될 수 있다.
요소공급장치는 요소공급관에서 분기되어 저장탱크에 연결된 공기순환관 상에 순환팬이 설치되므로, 요소공급관의 공기가 저장탱크로 순환되면서 요소공급관 내부에 음압이 형성되며, 이로 인해, 저장탱크에 저장된 요소가 요소공급관으로 용이하게 이동할 수 있다. 특히, 공기순환관 상에 설치된 건조유닛이 저장탱크로 순환되는 공기를 건조시키므로, 저장탱크 내에 서로 붙어 있는 요소가 분산되며 챔버에 공급될 수 있으며, 이로 인해, 요소가 청수에 용이하게 용해될 수 있어 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축될 수 있다. 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축됨에 따라, 필요 시 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기로 공급 가능하게 되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 용이하게 저감시킬 수 있는 특징이 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 요소공급장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소공급장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 요소공급장치를 확대하여 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 요소공급장치(1)는 저장탱크(10)와, 요소공급관(20)과, 공기순환관(30), 및 순환팬(40)을 포함한다.
저장탱크(10)는 내부에 요소가 저장되는 저장공간(10a)이 형성된 통 형상의 부재로, 보다 구체적으로, 화학식이 CH4N2O이고 무색무취의 결정성 물질인 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태의 고체요소가 저장될 수 있다. 예를 들어, 요소는 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. 이러한 요소는 저장탱크(10)에 장기간 보관 시 습기에 의해 일부 녹아 서로 엉겨 붙어 있을 수 있으며, 서로 엉겨 붙은 상태로 요소공급관(20)에 유입될 수 있다.
요소공급관(20)은 저장탱크(10)와 챔버(100) 사이를 연결하여 저장탱크(10)에 저장된 요소를 챔버(100) 내부로 공급한다. 예를 들어, 요소공급관(20)은, 저장탱크(10) 하부에 수평하게 연결되는 수평배관(21)과, 수평배관(21)으로부터 하방으로 수직하게 연장되어 챔버(100)에 연결되는 수직배관(22)을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 수평배관(21)과 수직배관(22)을 구분하여 설명하나, 수평배관(21)과 수직배관(22)은 서로 일체 구조로써, 요소공급관(20)의 각 영역이 구획된 것일 수 있다. 이러한 요소공급관(20)은 내부에 스크류(60)가 설치될 수 있다.
스크류(60)는 요소의 이동을 돕는 것으로, 요소공급관(20) 내부에 회전 가능하게 결합된 회전축(61a)에 결합되어 요소공급관(20) 내부에서 회전하며 요소를 챔버(100)로 밀며 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 회전축(61a)은 수평배관(21) 내부에 수평배관(21)의 길이 방향을 따라 배열되어 구동모터(61)로부터 회전력을 전달받아 회전할 수 있으며, 스크류(60)는 회전축(61a)과 일체로 회전하여 요소를 수직배관(22) 측으로 밀며 이동시킬 수 있다. 도면 상에는 구동모터(61)가 저장탱크(10) 외측에 설치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 구동모터(61)의 설치 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 스크류(60)가 수평배관(21)에만 위치하는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 스크류(60)는 수평배관(21)과 수직배관(22)에 모두 위치할 수도 있다.
한편, 요소공급관(20)에는 공기순환관(30)이 분기된다. 공기순환관(30)은 요소공급관(20)의 공기를 순환시키기 위한 통로로, 요소공급관(20)에서 분기되어 저장탱크(10)에 연결된다. 보다 구체적으로, 공기순환관(30)은 수직배관(22)과 동일 수직 선상의 수평배관(21) 상측에서 분기되어 저장탱크(10)에 연결되며, 양 끝단에 각각 요소의 유입을 막는 망체(31)가 결합될 수 있다. 망체(31)는 다공성(多孔性) 구조로 형성될 수도 있고, 복수의 선재(線材, wire rod)가 격자 무늬로 배열된 구조로 형성될 수도 있다. 공기순환관(30)에는 순환팬(40)과 건조유닛(50)이 설치된다.
순환팬(40)은 흡입력을 제공하여 요소공급관(20)의 공기를 저장탱크(10)로 순환시키는 것으로, 적어도 하나가 공기순환관(30) 상에 설치될 수 있다. 순환팬(40)이 공기순환관(30) 내부에 설치되어 요소공급관(20)의 공기를 저장탱크(10)로 순환시킴으로써, 요소공급관(20) 내부에 음압이 형성되어 저장탱크(10)에 저장된 요소가 요소공급관(20)으로 용이하게 이동할 수 있다. 순환팬(40)의 전단과 후단 중 적어도 하나에는 건조유닛(50)이 설치될 수 있다.
건조유닛(50)은 저장탱크(10)로 순환되는 공기를 건조시키는 것으로, 저장탱크(10)로 순환되는 공기를 가열하는 히터를 포함할 수 있다. 건조유닛(50)이 저장탱크(10)로 순환되는 공기를 가열하여 건조시킴으로써, 습기에 의해 일부 녹아 저장공간(10a) 내부에서 서로 엉겨 붙어 있는 요소가 건조되어 분산되며 요소공급관(20)에 공급될 수 있으며, 이로 인해, 챔버(100)로 공급된 요소가 청수에 용이하게 용해될 수 있어 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축될 수 있다. 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축됨에 따라, 필요 시 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기로 공급 가능하게 되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 용이하게 저감시킬 수 있다.
챔버(100)는 내부에 요소수가 생성되는 공간이 형성된 통 형상의 부재로, 요소가 용해되어 생성된 요소수의 열이 외부로 방출되어 어는점 이하의 저온에서 요소수가 동결되는 것을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 합성수지 등으로 제작될 수 있다. 필요에 따라, 챔버(100)는 내측 또는 외측에 단열 효과를 증대시키는 단열재가 설치될 수 있으며, 일 측에 전술한 요소공급관(20)과 청수공급관(110)이 각각 연결된다. 청수공급관(110)은 일 측이 조수기(도시되지 않음) 또는 청수저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 챔버(100) 내부로 청수를 공급한다. 챔버(100)는 요소공급관(20)으로부터 공급받은 요소에, 청수공급관(110)으로부터 공급받은 청수를 혼합하여 요소수를 생성하며, 요소와 청수의 원활한 혼합을 위해 내부에 교반기(120)가 설치될 수 있다. 교반기(120)는 챔버(100) 내부로 공급된 요소와 청수를 혼합하는 것으로, 챔버(100)의 일 측에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 교반기(120)는, 구동모터(도면부호 미도시)에 연결된 회전축(도면부호 미도시)의 외주면에 방사상으로 결합되어 회전축과 함께 회전하는 교반날개(도면부호 미도시)를 포함할 수 있다. 챔버(100)에서 생성된 요소수는 일 측에 연결된 요소수공급관(130)을 통해 필요처로 공급된다. 필요처는 예를 들어, 선택적촉매환원반응기일 수 있다. 선택적촉매환원반응기는 연소기관으로부터 공급된 배기가스에 요소수공급관(130)을 통해 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.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 요소공급장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3 및 도 4는 요소공급장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명에 따른 요소공급장치(1)는 요소공급관(20)에서 분기되어 저장탱크(10)에 연결된 공기순환관(30) 상에 순환팬(40)이 설치되므로, 요소공급관(20)의 공기가 저장탱크(10)로 순환되면서 요소공급관(20) 내부에 음압이 형성되며, 이로 인해, 저장탱크(10)에 저장된 요소가 요소공급관(20)으로 용이하게 이동할 수 있다. 특히, 공기순환관(30) 상에 설치된 건조유닛(50)이 저장탱크(10)로 순환되는 공기를 건조시키므로, 저장탱크(10) 내에 서로 붙어 있는 요소가 분산되며 챔버(100)에 공급될 수 있으며, 이로 인해, 요소가 청수에 용이하게 용해될 수 있어 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축될 수 있다. 요소수 생성에 소요되는 시간이 단축됨에 따라, 필요 시 요소수를 즉각 생성하여 선택적촉매환원반응기로 공급 가능하게 되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 용이하게 저감시킬 수 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 저장탱크(10)의 저장공간(10a)에 수용된 요소는 습기에 의해 일부가 녹아 서로 엉겨 붙은 상태일 수 있으며, 필요 시 요소공급관(20)으로 공급될 수 있다.
요소가 서로 엉겨 붙은 상태로 요소공급관(20)에 유입되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 공기순환관(30) 상에 설치된 순환팬(40)과 건조유닛(50)이 구동된다. 순환팬(40)이 구동됨에 따라 요소공급관(20)의 공기가 저장탱크(10)로 순환되며, 이로 인해, 요소공급관(20) 내부에 음압이 형성되어 저장공간(10a)에 수용된 요소가 요소공급관(20)으로 이동할 수 있다. 또한, 건조유닛(50)이 구동됨에 따라 저장탱크(10)로 순환되는 공기가 가열 및 건조되며, 이로 인해, 저장공간(10a) 내부에서 서로 엉겨 붙어 있는 요소가 건조되어 분산되며 요소공급관(20)으로 유입될 수 있다. 동시에 또는 순차적으로, 구동모터(61)가 회전력을 생성하여 회전축(61a)과 스크류(60)를 회전시키며, 이로 인해, 수평배관(21)으로 유입된 요소가 수직배관(22) 측으로 밀리며 이동할 수 있다. 공기순환관(30)의 양 끝단에는 각각 망체(31)가 결합되어 있으므로, 수직배관(22) 측으로 이동한 요소는 공기순환관(30)으로 유입되지 않고 챔버(100)로 이동할 수 있다. 챔버(100)로 유입된 요소는 청수공급관(110)에서 유입되는 청수에 용해되어 요소수를 생성하고, 생성된 요소수는 요소수공급관(130)을 통해 필요처에 공급될 수 있다.
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: 요소공급장치
10: 저장탱크 10a: 저장공간
20: 요소공급관 21: 수평배관
22: 수직배관 30: 공기순환관
31: 망체 40: 순환팬
50: 건조유닛 60: 스크류
61: 구동모터 61a: 회전축
100: 챔버 110: 청수공급관
120: 교반기 130: 요소수공급관

Claims (4)

  1. 요소수가 생성되는 챔버에 요소를 공급하는 요소공급장치에 있어서,
    상기 요소가 저장되는 저장탱크;
    상기 저장탱크와 상기 챔버 사이를 연결하여 상기 요소를 공급하는 요소공급관;
    상기 요소공급관에서 분기되어 상기 저장탱크에 연결된 공기순환관, 및
    상기 공기순환관에 설치되어 상기 요소공급관의 공기를 상기 저장탱크로 순환시키는 순환팬을 포함하는 요소공급장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공기순환관 내부에 설치되어 상기 저장탱크로 순환되는 공기를 건조시키는 건조유닛을 더 포함하는 요소공급장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 요소공급관은, 상기 저장탱크에 수평하게 연결되는 수평배관과, 상기 수평배관으로부터 하방으로 수직하게 연장되어 상기 챔버에 연결되는 수직배관을 포함하고,
    상기 공기순환관은 상기 수직배관과 동일 수직 선상의 상기 수평배관 상측에서 분기되는 요소공급장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 요소공급관 내부에 회전 가능하게 결합된 회전축에 결합되어 상기 요소공급관 내부에서 회전하며 상기 요소를 상기 챔버로 밀며 이동시키는 스크류를 더 포함하는 요소공급장치.
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