KR102373610B1 - 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템 - Google Patents

연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템으로서, 배기 터보차저(19)의 배기 라인(31) 내에 배열된 적어도 하나의 터빈(29)을 갖고, 배기 라인(31)은 배기 가스 유동의 방향에서 볼 때, 터빈(29)의 상류측의 고압 영역(32)으로서 그리고 터빈(29)의 하류측의 저압 영역(34)으로서 설계되고, 상기 저압 영역은 고압 영역(32)보다 더 낮은 압력에 있고, 적어도 하나의 저장 디바이스(39)를 또한 갖고, 이 저장 디바이스에 의해 배기 가스(38) 내에 함유된 황 오염물들의 적어도 일부가 적어도 규정된 시간 기간 동안 저장되고 그리고/또는 중간 저장 상태로 될 수 있는 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 특히 고압 영역(32) 내에 황 오염물들을 저장하기 위해, 적어도 하나의 저장 디바이스(39)는 적어도 하나의 터빈(29)의 상류측에서 배기 라인(31) 내에 배열된다.

Description

연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템 {EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM FOR A VEHICLE OPERATED BY MEANS OF A COMBUSTION ENGINE, IN PARTICULAR FOR A WATERCRAFT}
본 발명은 특허 청구항 1의 특징부에 따른, 연소 엔진에 의해 작동되는 차량, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템, 특허 청구항 17의 특징부에 따른, 연소 엔진에 의해 작동되는 차량, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템 작동 방법, 및 특허 청구항 21에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 갖고 그리고/또는 방법을 수행하기 위한 차량, 특히 선박에 관한 것이다.
차량들에 대한, 특히 또한 선박들에 대한 더욱 더 엄격한 배기 규제들에 의해, 연소 엔진들에 의해 작동되는 차량들로부터 황 배출물들, 예를 들어 이산화황을 감소시키는 것이 또한 필요하다.
플랜트 엔지니어링(plant engineering)에서, 연소 엔진으로부터의 배기 가스 내로 수성 수산화칼슘 용액 또는 산화칼슘 용액을 공급함으로써 연소 엔진들로부터 배출물들을 탈황하는 공지의 프로세스가 이미 존재한다. 이들 해결책들에 의해, 황 배출물들은 반응하여 무해한 칼슘 설페이트를 형성한다. 그러나, 차량들 상에 이 유형의 탈황을 사용하는 것은 이것이 요구하는 대량의 공간에 기인하여 곤란하다. SCR 촉매(SCR: 선택적 촉매 환원)가 차량으로부터 질소 배출물들을 환원하기 위해, 배기 가스의 유동의 방향에서 볼 때, 수산화칼슘 또는 산화칼슘의 송입부(infeed)의 하류측에서 차량의 배기 라인 내에 부가적으로 배열되면, 칼슘 화합물들이 SCR 촉매와 접촉하게 되는 부가의 문제점이 있다. 거기서, 이들 칼슘 화합물은 SCR 촉매의 수명을 상당히 감소시키는 강력한 촉매독들로서 작용한다. 더욱이, 수산화칼슘, 산화칼슘 및 칼슘 설페이트는 또한 강력한 연마 작용을 가질 수 있고, 따라서 배기 라인의 개별 부품들 상에 증가된 마모를 유도할 수 있다.
플랜트 엔지니어링에서, 배기 가스 내로 암모니아를 공급함으로써 연소 엔진들로부터 배출물들을 탈황화는 공지의 프로세스가 또한 존재한다. 암모니아에 의해, 황 오염물들은 반응하여 용이하게 분해된 염들, 예를 들어 이후에 적합한 필터에 의해 배기 가스로부터 여과되는 암모늄 설페이트 및 암모늄 수소 설페이트를 형성한다. 그러나, 이 유형의 탈황은, 암모늄 설페이트 또는 암모늄 수소 설페이트가 단지 300℃ 미만의 온도에서만 형성되고 연소 엔진으로부터의 배기 가스가 일반적으로 상당히 더 고온에 있기 때문에, 특히 차량들에서 구현이 곤란한 복잡한 프로세스들을 필요로 한다.
배기 가스를 탈황하기 위한 디바이스들은 더욱이 또한 차량들 사에 이미 공지되어 있다. 바람직한 실시예에서, "황 트랩(sulphur trap)"이 차량의 배기 라인 내에 배열되어 있는, 연소 엔진으로부터 배기 가스 내의 유해한 성분들을 감소시키기 위한 디바이스가 예를 들어 DE 199 55 324 A1호에 의해 개시되어 있다. 이 황 트랩에 의해, 배기 가스의 황 함량은, 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 황 트랩의 하류측에서 배기 라인 내에 배열된 NOX 저장 촉매의 그리고 적용 가능하면 마찬가지로 하류측에 배열된 미립자 필터의 작동을 보장하기 위해 감소된다. 여기서, 황 트랩의 재생은 예를 들어, 흡기 스로틀링, 분사 또는 배기 가스 재순환율을 변경함으로써, 엔진 내의 수단에 의해 성취된다. 여기서, 황 트랩은 배기 터보차저의 하류측에서 배기 라인 내에 배열된다.
본 발명의 목적은 그에 의해 연소 엔진으로부터의 황 배출물들이 특히 간단하고 효과적인 방식으로 감소되는, 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템, 및 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템을 작동하는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 성취된다. 바람직한 개선이 종속 청구항에 개시되어 있다.
특허 청구항 1에 따르면, 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템으로서, 배기 터보차저의 배기 라인 내에 배열된 적어도 하나의 터빈을 갖고, 배기 라인은 배기 가스 유동의 방향에서 볼 때, 터빈의 상류측의 고압 영역으로서 그리고 터빈의 하류측의 저압 영역으로서 설계되고, 상기 저압 영역은 고압 영역보다 더 낮은 압력에 있고, 적어도 하나의 저장 디바이스를 또한 갖고, 이 저장 디바이스에 의해 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들, 특히 기체 황 오염물들의 적어도 일부가 적어도 규정된 시간 기간 동안 저장되고 그리고/또는 중간 저장 상태로 될 수 있는 배기 가스 후처리 시스템이 제안된다. 본 발명에 따르면, 특히 고압 영역 내에 황 오염물들을 저장하기 위해, 적어도 하나의 저장 디바이스는 적어도 하나의 터빈의 상류측에서 배기 라인 내에 배열된다.
이 방식으로, 저장 디바이스가 수착(sorption) 요소로서 설계되면, 상기 요소가 이하에 상세히 설명되고, 고압 영역에서의 수착 요소의 배열이 황 오염물들의 가속화된 저장 및 더 다량의 황 오염물들의 저장을 허용하기 때문에, 연소 엔진으로부터의 황 배출물들은 특히 효과적인 방식으로 감소된다. 탈황이 예를 들어 전술된 바와 같이 배기 가스 내로 암모니아를 공급함으로써 성취되면, 이 효과적인 탈황 방법은, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 암모늄 설페이트 및 암모늄 수소 설페이트가 고압 영역에서 비교적 높은 압력에 기인하여, 배기 가스의 고온에도 불구하고 형성되기 때문에, 본 발명에 따른 배열에 의해 특히 간단하고 저가의 방식으로 구현될 수 있다. 적어도 하나의 터빈의 상류측의 고압 영역에서 저장 디바이스의 본 발명에 따른 배열은 따라서 그에 의해 황 오염물들의 감소의 효용성이 향상될 수 있는 특히 간단한 수단이다. 적어도 하나의 터빈의 배압 효과에 기인하여, 고압 영역 내의 압력은 약 0.8 MPa의 영역에 있을 수 있고, 반면에 저압 영역 내의 압력은 단지 약 0.1 MPa이다.
본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템의 바람직한 실시예에서, 저장 디바이스는 그에 의해 황 오염물들이 수착될 수 있는 전술된 수착 요소로서 설계된다. 수착 요소에 의해, 황 오염물들은 특히 간단한 방식으로 저장되거나 중간 저장 상태로 될 수 있다. 특히 바람직한 옵션으로서, 수착 요소로서 설계된 저장 디바이스는 수착 재료로부터, 특히 제올라이트로부터 그리고/또는 칼슘으로부터 그리고/또는 바륨으로부터 제조된다. 대안으로서, 수착 요소는 또한 수착 재료로 코팅된 부품일 수 있다.
수착 요소로서 저장 디바이스의 디자인의 대안으로서 그리고/또는 그에 추가하여, 공급 디바이스를 제공하는 것이 또한 가능하고, 이 공급 디바이스에 의해, 적어도 하나의 저장 디바이스의 상류측의 배기 가스는 저장 용기 내에 저장된 반응제가 공급될 수 있고, 반응제에 의해, 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들이 고체들로, 특히 용이하게 분해 가능한 염들로 변환될 수 있다. 저장 디바이스는 이어서 필터 요소로서 설계되고, 이 필터 요소에 의해, 고체들로 변환된 황 오염물들이 배기 가스 유동으로부터 여과되어 저장될 수 있다. 전술된 바와 같이, 배기 가스 내의 황 오염물들의 고체들로의 변환 및 배기 가스 유동으로부터 이들 고체들의 후속의 여과는, 황 오염물들이 고체들 또는 입자들로 변환되기 때문에 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들을 저장하는 특히 효과적인 방법이고, 이들 고체들은 이어서 필터 요소로서 설계된 저장 디바이스에 의해 용이하게 수집될 수 있다. 더욱이, 이 방법에 의해, 단지 황 오염물들이 저장 디바이스 내에 저장되는 것이 또한 보장된다. 배기 가스 내의 다른 물질들, 특히 기체 물질들은 필터 요소로서 설계된 저장 디바이스를 통해 간단히 통과할 수 있다. 따라서, 저장 디바이스의 저장 용량은 또한 배기 가스 내에 함유된 다른 물질들에 의해 악영향을 받지 않는다.
반응제는 암모니아 또는 암모니아의 전구체, 특히 수성 요소 용액이다. 암모니아에 의해, 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들은 이어서 전술된 바와 같이 반응하여, 예를 들어, 고체들 암모늄 설페이트 및 암모늄 수소 설페이트를 형성한다. 여기서, 이 반응은 전술된 바와 마찬가지로, 암모니아가 터빈의 상류측의 고압 영역에서 연소 엔진으로부터 배기 가스 내로 공급되기 때문에, 배기 가스의 고온에도 불구하고 발생한다. 고압 영역에서 더 높은 압력에 기인하여, 암모늄 설페이트 및 암모늄 수소 설페이트의 방향에서 또는 측으로의 암모니아 및 황 오염물들로부터 고체들 암모늄 설페이트 및 암모늄 수소 설페이트의 형성을 위한 반응식들의 화학적 평형의 시프트가 존재한다. 여기서, 공급될 암모니아의 양은 바람직하게는 적어도 하나의 파라미터에 따라, 예를 들어 연료의 황 함량, 현재 연소 공기비 및/또는 차량의 배기 가스 재순환 시스템 내의 배기 가스의 현재 피드백량에 따라 제어 디바이스에 의해 자체 작동식 또는 자동 방식으로 바람직하게 제어된다. 특히 바람직한 옵션으로서, 마찬가지로 이 방식으로 형성된 반응제가 공급 디바이스에 의해 공급될 수 있는 적어도 하나의 SCR 촉매가 또한 배기 라인 내에 배열된다. 이 방식으로, 암모니아 또는 암모니아의 전구체는 또한 배기 가스 내의 질소 배출물들을 감소시키는데 사용될 수 있다.
적어도 하나의 저장 디바이스는 바람직하게는 SCR 촉매로서 설계된다. 따라서, 황 오염물들의 변환을 위해 사용되지만 이 프로세스 중에 완전히 사용되지는 않는 암모니아는 연소 엔진으로부터 질소 배출물들을 감소시키는데 사용될 수 있다. 그 결과, 채용된 암모니아는 완전히 사용되고, 차량으로부터 암모니아 배출물들이 간단하고 신뢰적인 방식으로 감소된다. 더욱이, 이를 위해 요구되는 NO2가 SCR 반응에서 사용되기 때문에, 배기 라인 내의 고도로 폭발성 암모늄 니트레이트의 형성이 또한 회피된다. SCR 반응의 효용성을 증가시키기 위해, 저장 디바이스는 좁은 유동 채널들을 갖고 설계될 수 있다.
대안으로서 그리고/또는 게다가, 적어도 하나의 SCR 촉매는 저장 디바이스의 하류측에서 배기 라인 내에 배열될 수 있다. 이 경우에, 배기 가스 내로 SCR 촉매 및 저장 디바이스용 반응제를 공급하기 위한 단일의 공급 영역, 특히 터빈 및/또는 저장 디바이스의 상류측의 배기 라인 내에 배열된 공급 영역이 바람직하게 제공된다. 이 방식으로, 반응제가 배기 라인 내로 도입되거나 단지 배기 라인의 단일 위치에서만 배기 가스 내로 공급되기 때문에, 공급이 상당히 간단화된다. 터빈 및/또는 저장 디바이스의 상류측에 공급 영역을 배열하는 것은, 반응제와 혼합된 배기 가스가 이어서 복잡한 전달(delivery) 수단을 사용하여 저압 영역으로부터 고압 영역으로 전달될 필요가 없기 때문에, 여기서 유리하다.
다른 바람직한 실시예에서, 저장 디바이스는 배기 라인의 배기 가스 재순환 시스템 내에 배열되고, 이 배기 가스 재순환 시스템에 의해, 연소 엔진에 의해 방출된 배기 가스가 연소 엔진으로 재차 공급될 수 있다. 이에 의해 예를 들어 선박에서 통상적인 바와 같이, 높은 황 연료들을 갖는 연소 엔진을 작동할 때에도 배기 가스 재순환 시스템을 제공하거나 사용하는 것이 가능하다. 이는 높은 황 연료들의 연소 중에 형성하는 이산화황 및 일반적으로 냉각되는 배기 가스 재순환 시스템 내의 이산화황으로부터 형성하는 아황산이 일반적으로 연소 엔진의 개별 부품들, 예를 들어, 급기 공기 파이프, 입구 밸브들 또는 실린더 라이너들의 심각한 부식을 유도하기 때문이고, 따라서 배기 가스 재순환 시스템은 일반적으로 연소 엔진이 높은 황 연료들로 작동되면 생략된다. 저장 디바이스 내의 황 오염물들의 저장이 암모니아에 의해 황 오염물들을 고체들로 변환함으로써 성취되면, 고체들은 이들이 저장 디바이스를 통해 그리고 연소 챔버 내로 통과하면 연소 엔진의 연소 챔버 내에서 분해한다. 따라서 고체들에 기인하여 연소 엔진의 개별 부품들 상에서, 예를 들어 실린더 라이너들 상에서 증가된 마모를 방지하는 것이 가능하다. 대안으로서 그리고/또는 게다가, 저장 디바이스가 배기 가스 재순환 시스템의 상류측에서 배기 라인 내에 배열되는 것이 또한 가능하다.
특히 바람직한 실시예에서, 저장된 황 오염물들이 배기 라인으로부터 추출되고 그리고/또는 제거될 수 있는 추출 디바이스가 제공되고, 추출된 및/또는 제거된 황 오염물들은 황 오염물들이 규정된 물질들, 특히 무해한 물질들로 변환될 수 있는 반응기 디바이스로 공급될 수 있다. 추출 디바이스 및 반응기 디바이스에 의해, 저장 디바이스들은 이들이 다량의 황 오염물들을 저장하면 재생될 수 있다. 여기서, 추출 디바이스 및 반응 디바이스의 사용은 특히 간단하고, 동시에 이 변환이 배기 라인의 외부에서 발생하기 때문에 황 오염물들을 무해한 물질들로 변환하는 효과적인 방법이 특히 간단하다. 따라서, 이 변환을 위해 요구된 주위 조건들은 상당히 더 간단한 방식으로 그리고 선택적으로 배기 라인의 외부에 배열된 반응기 디바이스에 설정되고 그리고/또는 확립될 수 있다.
구체적으로, 배기 라인은 그를 통해 배기 가스가 평행하게 유동하는 2개의 배기 라인부들을 가질 수 있고, 적어도 하나의 저장 디바이스는 상기 배기 라인부들의 각각 내에 배열된다. 배기 가스 유동으로부터 배기 라인부들의 유체 분리를 위해, 추출 디바이스는 분리 밸브 디바이스를 갖고, 분리 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들의 어느 것도 분리하지 않고, 제2 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부를 분리하고, 반면에 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부는 분리되지 않고, 제3 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부를 분리하고, 반면에 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부는 분리되지 않는다. 배기 라인부들을 유체 분리하는 것은 배기 라인으로부터 저장된 황 오염물들의 추출 또는 제거를 상당히 간단화한다. 더욱이, 2개의 배기 라인부들 중 하나 이하의 분리는 배기 가스가 배기 라인을 통해 계속 유동할 수 있는 것을 보장한다. 물론, 2개 초과의 이러한 배기 라인부들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에 단지 요구되는 것은, 상기 배기 라인부들 중 적어도 하나가 항상 결합 유지되고 배기 가스의 유동을 허용하는 것이다.
더욱이, 추출 디바이스는 그에 의해 배기 라인부들이 압력이 릴리프될 수 있는 적어도 하나의 릴리프 밸브 디바이스를 가질 수 있고, 하나의 릴리프 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들의 어느 것도 릴리프하지 않고, 제2 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부를 릴리프하고, 반면에 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부는 릴리프되지 않고, 제3 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부를 릴리프하고, 반면에 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부는 릴리프되지 않는다. 릴리프 밸브 디바이스에 의해, 저장 디바이스 내에 저장된 황 오염물들은 특히 간단한 방식으로 저장 디바이스로부터 제거되거나 해제될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 수착 요소로서 설계된 저장 디바이스의 경우에, 수착된 황 오염물들은 압력 릴리프 후에 간단히 재차 탈착될 수 있다. 고체들로 변환된 황 오염물들이 그에 의해 배기 가스 유동으로부터 여과되어 저장되는 필터 요소로서 설계된 저장 디바이스의 경우에, 고체들은 압력 릴리프 후에 기체 황 오염물들로 재차 변환되고, 황 오염물들은 저장 디바이스로부터 재차 해제된다.
더욱이, 추출 디바이스는 적어도 하나의 연결 요소를 가질 수 있고, 이 연결 요소에 의해, 배기 라인부들이 저장 디바이스의 상류측에서 반응기 디바이스에 유체 연결될 수 있다. 연결 요소는 이어서 연결 밸브 디바이스가 할당되고, 이 연결 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 연결 요소를 통한 배기 가스 유동을 차단하고, 제2 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부로부터 반응기 디바이스를 향한 배기 가스 유동을 가능화하고, 반면에 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부로부터 반응기 디바이스를 향한 배기 가스 유동이 차단되고, 제3 밸브 위치에서 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부로부터 반응기 디바이스를 향한 배기 가스 유동을 가능화하고, 반면에 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부로부터 반응기 디바이스를 향한 배기 가스 유동은 차단된다. 연결 요소에 의해, 황 오염물들이 간단하고 신뢰적인 방식으로 반응기 디바이스에 공급될 수 있다.
추출 디바이스는 더욱이 바이패스 디바이스를 갖고, 이 바이패스 디바이스에 의해, 배기 라인부들은 저장 디바이스들의 하류측에서 그리고 배기 라인부들의 연결 영역의 상류측에서 서로 유체 연결될 수 있다. 바이패스 디바이스는 이어서 바이패스 밸브 디바이스가 할당되고, 이 바이패스 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 바이패스 디바이스를 통한 배기 가스 유동을 차단하고 제2 밸브 위치에서 바이패스 디바이스를 통한 배기 가스 유동을 적어도 부분적으로 가능화한다. 바이패스 디바이스에 의해, 저장 디바이스로부터 해제되거나 제거된 황 오염물들은 이들이 바이패스 디바이스를 통해 유동하는 배기 가스에 의해 이후에 가져가기 때문에 특히 간단한 방식으로 반응기 디바이스에 공급될 수 있다. 황 오염물들이 미리 퍼지된 고온 배기 가스는 더욱이 저장 디바이스로부터 황 오염물들의 특히 신속하고 효과적인 해제를 허용한다.
다른 바람직한 옵션으로서, 추출 디바이스는 적어도 하나의 전달 디바이스, 특히 펌프를 갖고, 이 전달 디바이스에 의해 배기 가스가 배기 라인부들로부터 적어도 하나의 연결 요소를 거쳐 반응기 디바이스로 전달될 수 있다. 적어도 하나의 전달 디바이스는 황 오염물들의 신뢰적인 전달을 보장한다.
구체적으로, 황 오염물들을 변환하기 위한 반응기 디바이스는 오염물 스크러버(scrubber)를 가질 수 있다. 스크러빙제로서, 예를 들어 수성 수산화칼슘 용액 또는 산화칼슘 용액이 여기서 사용될 수 있다. 대안으로서 그리고/또는 게다가, 황 오염물들을 변환하기 위한 반응기 디바이스는 고정상(fixed bed) 반응 요소를 또한 가질 수 있다. 여기서, 이 고정상 반응 요소는 예를 들어 수산화칼슘 또는 산화칼슘으로부터 제조될 수 있다. 다른 대안으로서, 황 오염물들을 변환하기 위한 반응기 디바이스는 황 오염물들을 냉각 및 응축하기 위한 냉각 디바이스 및 응축 디바이스를 가질 수 있다. 이 방식으로, 황 오염물들은 이어서 황산으로 산화된다. 냉각 디바이스 및 응축 디바이스에 의한 응축물의 석출은 이후에 산소로 산화되어 황산을 제공하는 아황산 및 이산화황의 형성을 유도한다. 산화를 향상시키기 위해, 공급 디바이스가 바람직하게는 여기서 제공되고, 이 공급 디바이스에 의해 산소는 냉각 디바이스에 그리고/또는 응축 디바이스에 공급될 수 있다. 더욱이, 아황산의 산화는 바람직하게는 적합한 촉매, 특히 바나듐 및/또는 세륨 및/또는 알칼리 및/또는 알칼리토 금속을 함유하는 촉매에 의해 향상될 수 있다.
바이패스 디바이스가 더욱이 바람직하게 제공되고, 이 바이패스 디바이스에 의해, 황 오염물들로부터 분리되고 배기 라인으로부터 제거된 반응제가 적어도 하나의 저장 디바이스의 상류측에서 배기 가스로 재차 공급될 수 있다. 이 방식으로, 황 오염물들은 이 목적으로 요구된 반응제가 재사용될 수 있기 때문에, 특히 효과적인 방식으로 저장 디바이스 내에 저장될 수 있다.
적어도 하나의 저장 디바이스 내에 저장된 황 오염물들의 양이 그에 의해 결정될 수 있는 측정 및/또는 제어 디바이스가 더욱이 제공되고, 저장 디바이스 내에 저장된 황 오염물들의 양을 결정하기 위해 측정 및/또는 제어 디바이스가 센서 시스템 및/또는 시뮬레이션 모델을 갖게 하는 설비가 바람직하게 제조된다. 측정 및/또는 제어 디바이스에 의해, 예를 들어 저장 디바이스가 재생되어야 할 때 또는 재생이 성공적인지 여부를 결정하는 것이 가능하다.
전술된 목적을 성취하기 위해, 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용, 특히 선박용 배기 가스 후처리 시스템을 작동하기 위한 방법이 또한 제안되고, 배기 가스 후처리 시스템은 배기 터보차저의 배기 라인 내에 배열된 적어도 하나의 터빈 및 적어도 하나의 저장 디바이스를 갖고, 배기 라인은 배기 가스 유동의 방향에서 볼 때, 터빈의 상류측의 고압 영역으로서 그리고 터빈의 하류측의 저압 영역으로서 설계되고, 상기 저압 영역은 고압 영역보다 더 낮은 압력에 있고, 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들의 적어도 일부는 저장 디바이스에 의해, 적어도 규정된 시간 기간 동안 저장되고 그리고/또는 중간 저장 상태로 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 저장 디바이스는 적어도 하나의 터빈의 상류측에서 배기 라인 내에 배열되고, 그 결과 황 오염물들이 배기 라인의 고압 영역에 저장되고 그리고/또는 중간 저장 상태가 된다.
본 발명에 따른 방법 및 이를 인용하는 수많은 청구항들로부터 발생하는 장점들은 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템의 전술된 장점들과 동일하고, 따라서 이들은 여기서 반복되지 않을 것이다.
바람직한 절차에서, 분리 밸브 디바이스, 릴리프 밸브 디바이스 및 연결 밸브 디바이스는 연소 엔진의 작동 중에 일반적으로 채용되는 초기 위치에서 이들의 제1 밸브 위치들에 있다. 2개의 배기 라인부들 중 하나의 저장 디바이스를 재생하기 위해, 분리 밸브 디바이스, 릴리프 밸브 디바이스 및 연결 밸브 디바이스는 이어서 폐루프 및/또는 개루프 제어 디바이스에 의해, 배기 라인부가 초기에 분리 밸브 디바이스에 의해 배기 가스 유동으로부터 분리되고, 배기 라인부가 이어서 릴리프 밸브 디바이스에 의해 압력이 릴리프되고, 마지막으로 배기 라인부로부터 반응기 디바이스를 향한 질량 유동이 연결 밸브 디바이스에 의해 가능화되는 이러한 방식으로 제어된다. 이 방식으로, 배기 가스 내의 황 오염물들은 따라서 밸브 디바이스들의 초기 위치에서 규정된 시간 기간 동안 저장 디바이스들 내에 중간 저장 상태로 된다. 2개의 배기 라인부들 중 하나의 적어도 하나의 저장 디바이스를 재생하기 위해, 밸브 디바이스들은 이어서 설명된 방식으로 규정된 시간 기간 동안 스위칭된다. 재생 후에, 밸브 디바이스들은 이어서 이들의 초기 위치로 재차 스위칭될 수 있다.
바이패스 디바이스가 제공되면, 바이패스 밸브 디바이스는 더욱이 바람직하게는 마찬가지로 상기 초기 위치에서 그 제1 밸브 위치에 있다. 배기 라인부의 저장 디바이스를 재생하기 위해, 바이패스 밸브 디바이스는 이어서 폐루프 및/또는 개루프 제어 디바이스에 의해, 바이패스 디바이스를 통한 배기 가스 유동이 배기 라인부의 분리 후에 바이패스 밸브 디바이스에 의해 적어도 부분적으로 가능화되는 이러한 방식으로 제어된다. 따라서, 배기 가스 유동은 초기 이치에서 바이패스 디바이스를 통해 유동할 수 없다. 배기 라인부의 저장 디바이스를 재생하기 위해, 배기 가스 유동의 일부는 분리된 배기 라인부 내에 도입될 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 갖고 그리고/또는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 차량, 특히 선박이 더욱이 청구된다. 결과적인 장점들은 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템 및 본 발명에 따른 방법의 미리 확인된 장점들과 동일하고, 따라서 이들은 여기에 반복되지 않는다.
전술된 그리고/또는 종속 청구항들에 설명된 본 발명의 유리한 실시예들 및/또는 개선들은 예를 들어, 단조로운 종속성 관계들 또는 비호환적인 대안들의 이들 경우들로부터 별개로, 개별적으로 또는 서로의 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명 및 유리한 실시예들 및 이들의 개선들 및 이들의 장점들은 도면에 의해 단지 예로서만 이하에 더 상세히 설명된다.
도 1은 해안 영역에서 선박을 상부로부터 개략도로 도시하는 도면.
도 2는 선박의 배기 가스 후처리 시스템의 제1 실시예를 개략도로 도시하는 도면.
도 3은 배기 가스 후처리 시스템의 제1 작동 모드를 도 2에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 4는 배기 가스 후처리 시스템의 제2 작동 모드를 도 2에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 5는 배기 가스 후처리 시스템의 제3 작동 모드를 도 2에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 6은 배기 가스 후처리 시스템의 제2 실시예를 도 2에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 7은 배기 가스 후처리 시스템의 제3 실시예를 도 6에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 8은 배기 가스 후처리 시스템의 제4 실시예를 도 7에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 9는 배기 가스 후처리 시스템의 제5 실시예를 도 8에 따른 도시로 도시하는 도면.
도 10은 배기 가스 후처리 시스템의 제6 실시예를 도 6에 따른 도시로 도시하는 도면.
예로서, 선박(1)으로서 설계된 차량이 도 1에 도시되고, 상기 차량은 위치(5)에서 수체(body of water)(3) 상에 있고 속도(v)에서 이동 방향(7)에서 해안(9)을 향해 이동한다. 수체(3)의 영역의 근해에는, 해안(9)으로부터 점선에 의해 지시된 경계(13)로 규정된 거리에 걸쳐 연장하는 "배출물 제어 영역"(11)(ECA)이 존재한다. 도 1에 도시된 도시에서, 선박(1)은 여전히 ECA(11) 외부에 있지만, ECA(11) 내로 도중에 있다. 근해 ECA(11)에서, 선박(1)을 위한 적용 가능한 배기 규제들은 수체(3) 상의 ECA(11) 외부보다 더 엄격하다. 따라서, 예를 들어, ECA(11) 외부보다 상당히 더 낮은 황 배출물들이 ECA(11) 내에서 허용 가능하다. ECA(11) 내의 배기 규제들에 순응하기 위해, 선박(1)의 구동 시스템(15)(도 1에 점선들에 의해 지시됨)은 배기 가스 후처리 시스템(17)(도 2)을 갖고, 이에 의해 구동 시스템(15)으로부터 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들은 효과적인 방식으로 감소된다.
구동 시스템(15)의 구성 및 작동은 도 2를 참조하여 이하에 더 상세히 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 구동 시스템(15)은 구동 시스템(15)의 흡입관(23) 내에 배열된 압축기(21)를 갖는 배기 터보차저(19)를 갖는다. 흡입관(23)에 의해, 연소 공기(화살표 25)가 무엇보다 먼저 배기 터보차저(19)의 압축기(21)로 공급되고, 이어서 압축기(21)에 의해 압축되고, 마지막으로 구동 시스템(15)의 연소 엔진(27)으로 공급된다. 배기 터보차저(19)는 더욱이 또한 터빈(29)을 갖는데, 이 터빈은 배기 가스 후처리 시스템(17)의 배기 라인(31) 내에 배열되고, 배기 라인(31)을 통해 유동하는 연소 엔진(27)으로부터 배기 가스 유동에 의해 통상의 방식으로 구동된다. 배기 터보차저(19)의 사용은, 터빈(31)의 상류측의 배기 라인(31)이 배기 가스가 터빈(31)의 하류측의 배기 라인(31)의 저압 영역(34)에서보다 더 높은 압력을 갖는 고압 영역(32)으로서 설계된다. 터빈(29)의 하류측에서, 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 배기 라인(31)은 더욱이 정화된 배기 가스(38)가 배기 라인(31) 외부로 유출하는 출구 개구(33)를 갖는다.
터빈(29)의 상류측에서, 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 배기 라인(31)은 복수의 배기 라인부들(35, 36), 이 경우에 예로서 2개의 배기 라인부들을 갖고, 이들 배기 라인부들을 통해 배기 가스가 평행하게 유동하고 배기 매니폴드(38)에 의해 연소 엔진(27)에 유동적으로 연결되고, 배기 라인(31)의 연결 영역(37)에서 재차 함께 모여진다. 여기서, 그에 의해 배기 가스 내에 함유된 황 오염물들의 적어도 일부가 규정된 시간 기간 동안 중간 저장 상태로 되는 저장 디바이스(39)가 배기 라인부들(35, 36)의 각각 내에 배열된다. 구체적으로, 도 2에 도시된 배기 가스 후처리 시스템(15)의 실시예에서 저장 디바이스(39)는 수착 요소들로서 설계되고, 이들 수착 요소들에 의해, 저장 디바이스들(15)을 지나 유동하는 배기 가스 내의 황 오염물들이 수착된다. 이 배열에서, 저장 디바이스(39)는 예를 들어, 제올라이트, 칼슘 또는 바륨과 같은 수착 재료로부터 제조될 수 있고, 또는 대안적으로 수착 재료로 코팅될 수 있다.
여기서, 수착 요소들로서 설계된 저장 디바이스들(39)은 더욱이 또한 예를 들어, 이러한 것이 요구되면, 황 오염물들로부터 재생되거나 해방될 수 있다. 재생은 예를 들어, 대량의 황 오염물들이 저장 디바이스들(39) 내에 저장되어 있으면 필요할 수도 있고, 그 결과 저장 디바이스들(39)의 수착 특성들이 저하한다. 저장 디바이스들(39)을 재생하기 위해, 추출 디바이스(41)가 여기서 제공되고, 이 추출 디바이스에 의해, 저장 디바이스들(39) 내에 저장된 황 오염물들은 초기에 배기 라인(31)으로부터 추출되거나 제거될 수 있다.
여기서, 예로서, 추출 디바이스(41)는 2개의 직렬 밸브들(43) 및 2개의 다방향 밸브들(45)을 갖고, 여기서 직렬 밸브(43)는 저장 디바이스(39)의 하류측에 배열되고, 다방향 밸브(45)는 각각의 배기 라인부(35, 36) 내에서 저장 디바이스(39)의 상류측에 배열된다. 각각의 직렬 밸브(43)의 제1 밸브 위치에서, 각각의 직렬 밸브(43)를 통한 배기 가스 유동이 가능화된다. 각각의 직렬 밸브(43)의 제2 밸브 위치에서, 각각의 직렬 밸브(43)를 통한 배기 가스 유동은 차단된다. 각각의 다방향 밸브(45)의 제1 밸브 위치에서, 단지 연소 엔진(27)으로부터 각각의 배기 라인부(35) 내로의 배기 가스 유동만이 가능화된다. 각각의 다방향 밸브(45)의 제2 밸브 위치에서, 단지 각각의 배기 라인부(35)로부터 추출 디바이스(41)의 연결 요소(47) 내로의 배기 가스 유동만이 가능화되고, 상기 연결 요소는 다방향 밸브들(45)에 연결된다.
따라서, 2개의 배기 라인부들(35 또는 36) 중 하나의 직렬 밸브(43) 및 다방향 밸브(45)의 모두가 이들의 제2 밸브 위치들에 있으면, 이 배기 라인부(35 또는 36)는 배기 가스 유동으로부터 유동적으로 분리된다. 2개의 배기 라인부들(35 또는 36) 중 하나의 직렬 밸브(43) 및 다방향 밸브(45)의 모두가 이들의 제1 밸브 위치들에 있으면, 이 배기 라인부(35 또는 36)는 배기 가스 유동으로부터 분리되지 않는다.
배기 라인부들(35, 36)은 더욱이 배기 가스 후처리 시스템(17)의 반응기 디바이스(49)에 연결 요소(47)에 의해 유동적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 예로서, 연결 요소(47)는 여기서 양 다방향 밸브들(45)에 연결된 제1 파이프 요소(51) 및 제1 파이프 요소(51) 및 반응기 디바이스(49)에 연결된 제2 파이프 요소(53)를 갖는다. 더욱이, 추출 디바이스(41)는 예를 들어, 펌프와 같은 제2 파이프 요소(53)에 할당된 전달 디바이스(55)를 또한 갖고, 이 전달 디바이스에 의해, 배기 가스 유동이 배기 라인부들(35)로부터 반응기 디바이스(49)를 향해 전달될 수 있다.
연결 요소(47) 및 반응기 디바이스(49)는 더욱이 배기 라인(31)의 저압 영역(34)에 유사한 압력 레벨을 갖는 저압 영역(54)을 형성한다. 다방향 밸브들(45)의 제2 밸브 위치에서, 배기 라인부들(35, 36)은 따라서 압력이 릴리프된다.
추출 디바이스(41)는 더욱이 또한 바이패스 디바이스(57)를 갖는데, 이 바이패스 디바이스에 의해 저장 디바이스들(39)의 하류측 및 연결 영역(37)의 상류측의 배기 라인부들(35, 36)이 서로 유동적으로 연결될 수 있다. 바이패스 디바이스(57)는 바이패스 밸브 디바이스, 이 경우에 예로서 연속 가변 직렬 밸브(59)를 갖고, 이 바이패스 밸브 디바이스에 의해 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동이 차단되고 적어도 부분적으로 가능화될 수 있다.
추출 디바이스(41)에 의해 배기 라인(31)으로부터 추출되거나 제거된 황 오염물들은 반응기 디바이스(47)에 의해 무해 물질들로 변환될 수 있다. 이 목적으로, 반응기 디바이스(47)는 예로서, 오염물 스크러버 및/또는 고정상 반응 요소를 가질 수 있다. 대안으로서 그리고/또는 게다가, 황 오염물들을 변환하기 위한 반응기 디바이스는 황 오염물들을 냉각하고 응축하기 위한 냉각 디바이스 및 응축 디바이스를 또한 가질 수 있다. 이 방식으로, 황 오염물들이 이어서 산화되어 황산을 제공한다. 냉각 디바이스 및 응축 디바이스에 의한 응축물의 석출은 아황산 및 이산화황의 형성을 유도하는데, 이들은 이어서 산소로 산화되어 황산을 제공한다. 산화를 향상시키기 위해, 공급 디바이스가 바람직하게 여기서 제공되고, 이 공급 디바이스에 의해 산소가 냉각 디바이스로 그리고/또는 응축 디바이스로 공급된다. 아황산의 산화는 더욱이 바람직하게는 적합한 촉매, 특히 바나듐 및/또는 세륨 및/또는 알칼리 및/또는 알칼리토 금속을 함유하는 촉매에 의해 향상될 수 있다.
저장 디바이스들(39) 내에 저장된 황 오염물들의 양이 그에 의해 결정될 수 있는 측정 및/또는 제어 디바이스(60)가 더욱이 또한 제공된다. 측정 및/또는 제어 디바이스(60)는 더욱이 폐루프 및/또는 개루프 제어 디바이스(63)로의 데이터 전송을 허용하는 방식으로 접속되는데, 이 제어 디바이스에 의해 직렬 밸브들(43), 다방향 밸브들(45), 직렬 밸브(59) 및 전달 디바이스(55)가 여기서 저장 디바이스들(39) 내에 저장된 황 오염물들의 양에 따라 자체 작동식 또는 자동 방식으로 제어된다. 폐루프 및/또는 개루프 제어 디바이스(63)에 의해, 배기 가스 후처리 시스템(17)은 이하의 3개의 작동 모드들이 될 수 있다.
도 3에서, 배기 가스 후처리 시스템(17)은, 배기 가스 내의 황 오염물들이 배기 라인부들(35, 36) 내의 저장 디바이스들(35)에 의해 수착되는 통상의 제1 작동 모드에서 도시되어 있다. 이 경우에, 직렬 밸브들(43) 및 다방향 밸브들(45)은 이들의 제1 밸브 위치들에 있고, 그 결과 연소 엔진(27)으로부터 터빈(29)으로의 배기 가스 유동이 가능화되고 연결 요소(47) 내로의 배기 가스 유동이 차단된다. 더욱이, 연속 가변 직렬 밸브(59)는 그 차단 위치에 있고, 그 결과 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동이 또한 차단된다. 밸브들의 이 위치는 초기 위치라 칭한다. 여기서, 전달 디바이스(55)는 더욱이 비활성화된다.
도 4는 배기 라인부(35)의 저장 디바이스(39)가 재생되고 있는, 배기 가스 후처리 시스템(47)의 제2 작동 모드를 도시한다. 이 경우에, 배기 라인부(35)의 직렬 밸브(43) 및 다방향 밸브(45)는 이들의 제2 밸브 위치들에 있고, 그 결과 연소 엔진(27)으로부터 배기 라인부(35)를 거쳐 터빈(29)으로의 배기 가스가 차단되고 배기 라인부(35)로부터 연결 요소(47) 내로의 배기 가스 유동이 가능화된다. 더욱이, 배기 라인부(36)의 직렬 밸브(43) 및 다방향 밸브(45)는 이들의 제1 밸브 위치들에 있고, 그 결과 연소 엔진(27)으로부터 배기 라인부(36)를 거쳐 터빈(29)으로의 배기 가스 유동이 가능화되고, 배기 라인부(36)로부터 연결 요소(47) 내로의 배기 가스 유동이 차단된다. 여기서, 연속 가변 직렬 밸브(59)가 더욱이 적어도 부분적으로 개방되고, 그 결과 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동이 적어도 부분적으로 가능화된다. 전달 디바이스(55)가 더욱이 여기서 활성화된다.
배기 라인부(35) 내의 압력 릴리프는 배기 라인부(35) 내의 저장 디바이스(39)에 저장된 황 오염물들의 탈착 또는 해제를 유발한다. 그에 의해 황 오염물들의 탈착이 더 향상되거나 가속화되는 진공이 더욱이 여기서 전달 디바이스(55)에 의해 생성된다. 바이패스 디바이스(57)를 거쳐 통과된 배기 가스와 함께, 해제된 황 오염물들은 전달 디바이스(55)에 의해 반응기 디바이스(49)에 공급되고, 여기서 황 오염물들은 무해한 물질들로 변환되고(화살표 61), 출구 개구(62)에서 배기 가스 후처리 시스템(17)의 외부로 통과된다. 배기 라인부(35) 내의 저장 디바이스(39)의 재생 후에, 배기 가스 후처리 시스템(17)은 재차 도 3에 도시되어 있는 제1 작동 모드가 된다.
배기 라인부(36)의 저장 디바이스(39)가 배기 가스 후처리 시스템(17)의 제3 작동 모드에서 재생되는 절차는 배기 라인부(35) 내의 저장 디바이스(39)가 배기 가스 후처리 시스템(17)의 제2 작동 모드에서 재생되는 절차와 유사하다. 이 제3 작동 모드가 도 5에 도시되어 있다.
배기 가스 후처리 시스템(17)의 제2 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 여기서, 배기 가스 후처리 시스템(17)의 저장 디바이스들(39)은 수착 요소들로서 설계되지 않고 그러나 필터 요소들로서 설계되고, 이 필터 요소들에 의해 고체들로 변환된 황 오염물들이 배기 가스 유동으로부터 여과되어 저장될 수 있다. 기체 황 오염물들을 고체들로 변환하기 위해, 공급 디바이스(65)가 제공되고, 이 공급 디바이스에 의해 저장 용기(67) 내에 저장된 반응제, 이 경우에 예로서 수성 요소 용액이 다방향 밸브들(45)의 하류측 및 저장 디바이스들(39)의 상류측에서 배기 라인부들(35, 36) 내로 공급될 수 있다. 수성 요소 용액이 배기 라인부들(35, 36) 내로 공급된 후에, 수성 요소 용액은 배기 가스와 혼합되고, 암모니아로 변환되는 이러한 방식으로 높은 배기 가스 온도에 기인하여 가열된다. 암모니아는 이어서 배기 가스 내의 기체 황 오염물들과 반응하여, 예를 들어 고체들 암모늄 설페이트 및 암모늄 수소 설페이트를 형성한다.
높은 배기 가스 온도들에 기인하여, 이 반응은 배기 라인(31)의 고압 영역(32) 내의 고압에 의해서만 발생할 수 있다. 배기 라인부들(35, 36)이 압력이 릴리프되면, 저장 디바이스들(39) 내에 저장된 물질들은 기체 황 오염물들로 재차 변환된다. 여기서, 저장 디바이스(39)들의 재생은 도 1 내지 도 5에 도시된 배기 가스 후처리 시스템(17)의 제1 실시예의 경우에서의 것과 동일한 방식으로 성취될 수 있다.
여기서, 옵션으로서, 저장 디바이스들(39)은 부가적으로 또한 SCR 촉매들로서 설계될 수 있는데, 이 촉매들에 의해 연소 엔진(27)으로부터 배기 가스 내에 함유된 질소 배출물들이 환원될 수 있다. 이 경우에, 질소 배출물들의 환원은 배기 라인부들(35, 36) 내로 도입된 수성 요소 용액에 의해 성취된다. 적어도 하나의 SCR 촉매가 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 저장 디바이스들(35)의 하류측의 배기 라인(31) 내에 배열되면, 공급 디바이스(65)에 의해 공급된 수성 요소 용액의 양은 바람직하게는, SCR 촉매 내의 질소 산화물들을 환원하기 위해 충분한 수성 요소 용액 및 저장 디바이스들(39) 내의 황 오염물들의 저장을 위해 충분한 수성 요소 용액이 존재하도록 이루어진다.
구체적으로, 도 6에 도시된 배기 가스 후처리 시스템(17)의 실시예에서, 공급 디바이스(65)는 저장 용기(67) 및 배기 라인부들(35, 36)에 직접 연결된 파이프 요소(70)를 갖는다.
도 6에 도시된 실시예에서, 배기 가스 후처리 시스템(17)은 더욱이 바이패스 디바이스(71)를 갖고, 이 바이패스 디바이스에 의해, 추출 디바이스(41)에 의해 배기 라인(31)으로부터 제거된 암모니아가 공급 디바이스(65)로 재차 공급될 수 있다. 여기서, 바이패스 디바이스(71)는 예로서 반응기 디바이스(49)에 그리고 파이프 요소(70)에 연결되고, 예를 들어 펌프와 같은 전달 디바이스(73)를 갖는데, 이 전달 디바이스에 의해 황 오염물들로부터 해제된 또는 제거된 암모니아가 반응기 디바이스(49)로부터 파이프 요소(70) 내로 전달될 수 있다.
배기 가스 후처리 시스템(17)의 제3 실시예가 도 7에 도시된다. 본 실시예에서, 도 6에 도시된 제2 실시예에 대조적으로, 배기 가스 내에 함유된 질소 배출물들이 그에 의해 환원되는 SCR 촉매(72)가 터빈(29)의 하류측의 배기 라인(31) 내로 도입된다. 여기서, 공급 디바이스(65)는 상기 저장 컨테이너(67)에 연결되는 파이프 요소(70)를 가지며, 상기 파이프 요소에 의해서 상기 저장 컨테이너(67)에 저장된 수성 요소 용액이 공급 영역(75)에 있는 터빈(29) 하류의 배기 라인(31) 내로 도입된다. 더욱이, 여기서 공급 디바이스(65)는 배기 라인(31)에 그리고 공급 영역(75)의 하류측 및 SCR 촉매(72)의 상류측의 파이프 요소(70)에 연결된 파이프 요소(77)를 또한 갖는다. 여기서, 공급 디바이스(65)는 파이프 요소(70)에 할당된다.
이 구성에 의해, 수성 요소 용액이 무엇보다도 먼저 파이프 요소(74)에 의해 공급 영역(75) 내의 배기 라인(31) 내로 도입되어, 수성 요소 용액이 배기 라인(31) 내의 배기 가스와 혼합하게 한다. 배기 가스와 혼합된 수성 요소 용액의 일부는 이어서 파이프 요소(77)에 의해 파이프 요소(70) 내로 도입된다. 마지막으로, 수성 요소 용액은 파이프 요소(70)에 의해 저장 디바이스들(39) 내로 공급된다.
배기 가스 후처리 시스템(17)의 제4 실시예가 도 8에 도시된다. 본 실시예에서, 도 7에 도시된 제3 실시예와 비교하여, 파이프 요소(77)는 배기 라인(31)에 연결되지 않고, 공급 영역(78)에서 파이프 요소(74)에 연결된다. 더욱이, 여기서 공급 디바이스(65)는 파이프 요소(70)에 그리고 공급 영역(78)의 상류측에서 파이프 요소(74)에 연결된 파이프 요소(79)를 갖는다.
이 구성에 의해, 배기 가스 유동의 일부는 파이프 요소(77) 내로 도입되고 파이프 요소(74)에 공급된다. 파이프 요소(74)에서, 배기 가스는 저장 용기(65)로부터 수성 요소 용액과 혼합될 수 있다. 배기 가스와 혼합된 수성 요소 용액의 일부는 이어서 파이프 요소(79)에 의해 파이프 요소(70) 내로 도입되고, 이 파이프 요소를 거쳐 수성 요소 용액이 배기 라인부들(35, 36)에 공급된다.
도 7에 도시된 실시예와 비교하여, 본 제4 실시예는 배기 가스와 수성 요소 용액의 혼합이 배기 라인(31) 내에서가 아니라 공급 디바이스(65)의 파이프 요소(74) 내에서 발생한다는 장점을 갖는다. 여기서, 배기 가스와 수성 요소 용액의 혼합물은 단지 배기 가스 유동의 일부가 파이프 요소(74) 내로 전달되기 때문에, 상당히 더 높은 비율의 수성 요소 용액을 갖는다. 그 결과, 상당히 더 낮은 배기 가스가 적절한 수성 요소 용액을 배기 라인부들(35, 36)에 공급하기 위해 여기서 배기 라인부들(35, 36))에 전달되어야 한다. 따라서, 전달 디바이스(73)는 예를 들어 이어서 더 소형 치수가 제공되거나 더 낮은 전달 용량을 갖고 작동될 수 있다.
배기 가스 후처리 시스템(17)의 제5 실시예가 도 9에 도시된다. 배기 가스 후처리 시스템(17)의 본 실시예에서, 도 8에 도시된 제4 실시예와 비교하여, 공급 디바이스(65)는 터빈(29)의 하류측에서 배기 라인(31)에 연결되지 않고, 배기 라인부들(35, 36)의 하류측 및 터빈(29)의 상류측에서 연결된다. 더욱이, 전달 디바이스(73)는 여기서 바이패스 디바이스(71)에 할당되고, 파이프 요소(79)에 할당된 부가의 전달 디바이스(80)가 제공된다. 그 이외에는, 제5 실시예의 구성은 도 8에 도시된 제4 실시예의 구성과 동일하다.
배기 가스 후처리 시스템(17)의 제5 실시예에서, 배기 가스와 수성 요소 용액의 혼합이 배기 라인(31)의 고압 영역(32)에서 발생하는 점에서 유리하다. 공급 디바이스(65) 내에 형성된 배기 가스/요소 혼합물은 따라서 배기 라인부들(35, 36) 내의 배기 가스에 동일한 또는 유사한 압력 레벨을 갖고, 따라서 상당히 적은 노력으로 또는 적은 전달 용량으로 전달 디바이스(80)에 의해 배기 라인부들(34, 35)로 전달될 수 있다.
배기 가스 후처리 시스템(17)의 제6 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 배기 가스 후처리 시스템(17)의 본 실시예에서, 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예에 대조적으로, 배기 가스 후처리 시스템(17)은 배기 가스 재순환 시스템(81)을 갖고, 이 배기 가스 재순환 시스템에 의해 연소 엔진(27)에 의해 방출된 배기 가스의 일부가 연소 엔진(27)으로 재차 공급된다. 더욱이, 본 제6 실시예의 배기 라인부들(35, 36)은 배기 가스 재순환 시스템(81) 내에 배열된다. 여기서, 배기 라인부들(35, 36)은 이들의 작동 모드가 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예들의 것에 동일한 이러한 방식으로 설계된다. 다른 관점들에서, 도 10에 도시된 제6 실시예의 구성은 도 6에 도시된 제2 실시예의 구성에 대응한다.
1: 선박 3: 수체
5: 위치 7: 이동 방향
9: 해안 11: ECA
13: 경계 15: 구동 시스템
17: 배기 가스 후처리 시스템 19: 배기 터보차저
21: 압축기 23: 흡입관
25: 연소 공기 27: 연소 엔진
29: 터빈 31: 배기 라인
32: 고압 영역 33: 출구 개구
34: 저압 영역 35: 배기 라인부
36: 배기 라인부 37: 연결 영역
38: 배기 가스 39: 저장 디바이스
41: 추출 디바이스 43: 직렬 밸브
45: 다방향 밸브 47: 연결 요소
49: 반응기 디바이스 51: 제1 파이프 요소
53: 제2 파이프 요소 54: 저압 영역
55: 전달 디바이스 57: 바이패스 디바이스
59: 직렬 밸브 60: 측정 및/또는 제어 디바이스
61: 무해한 물질들 62: 출구 개구
63: 폐루프 및/또는 개루프 제어 디바이스
65: 공급 디바이스 67: 저장 용기
70: 파이프 요소 71: 바이패스 디바이스
72: SCR 촉매 73: 전달 디바이스
74: 파이프 요소 75: 공급 영역
77: 파이프 요소 78: 공급 영역
79: 파이프 요소 80: 전달 디바이스
81: 배기 가스 재순환 시스템

Claims (33)

  1. 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용 배기 가스 후처리 시스템으로서, 배기 라인(31) 내에 배열되는 배기 터보차저(19)의 적어도 하나의 터빈(29)을 갖고, 배기 가스 유동 방향에서 볼 때, 상기 배기 라인(31)은 상기 터빈(29)의 상류측이 고압 영역(32)으로서 그리고 상기 터빈(29)의 하류측이 저압 영역(34)으로서 설계되고, 상기 저압 영역은 상기 고압 영역(32)보다 더 낮은 압력에 있고, 적어도 하나의 저장 디바이스(39)를 가지며, 상기 저장 디바이스에 의해 배기 가스(38) 내에 함유되는 황 오염물들의 적어도 일부가 적어도 규정된 시간 기간 동안 저장되거나 또는 중간 저장 상태로 될 수 있는 상기 배기 가스 후처리 시스템에 있어서,
    상기 고압 영역(32) 내에 황 오염물들을 저장하기 위해, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)는 상기 적어도 하나의 터빈(29)의 상류측에서 상기 배기 라인(31) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장 디바이스(39)는 황 오염물들이 수착될 수 있는 수착 요소로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공급 디바이스(65)가 제공되고, 상기 공급 디바이스에 의해, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)의 상류측의 배기 가스(38)에 저장 용기(67) 내에 저장된 반응제가 공급될 수 있고, 상기 반응제에 의해, 상기 배기 가스(38) 내에 함유되는 황 오염물들이 고체들로 변환될 수 있고, 상기 저장 디바이스(39)는 필터 요소로서 설계되고, 상기 필터 요소에 의해, 고체들로 변환되는 황 오염물들이 배기 가스 유동으로부터 여과되어 저장될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응제는 암모니아 또는 암모니아의 전구체인 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)는 SCR 촉매로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 SCR 촉매(72)는 상기 저장 디바이스(39)의 하류측에서 상기 배기 라인(31) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저장 디바이스(39)는 상기 배기 라인(31)의 배기 가스 재순환 시스템(81) 내에 배열되고, 상기 배기 가스 재순환 시스템에 의해, 상기 연소 엔진(27)에 의해 방출되는 상기 배기 가스(38)가 상기 연소 엔진(27)으로 재차 공급될 수 있거나, 또는
    상기 저장 디바이스(39)는 상기 배기 가스 재순환 시스템(81)의 상류측에서 상기 배기 라인(31) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추출 디바이스(41)가 제공되고, 상기 추출 디바이스에 의해서 저장된 황 오염물들이 상기 배기 라인(31)으로부터 추출되거나 또는 제거될 수 있으며, 상기 추출되거나 또는 제거된 황 오염물들은 상기 황 오염물들이 규정된 물질들로 변환될 수 있는 반응기 디바이스(49)로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배기 라인(31)은 배기 가스가 평행하게 유동하는 2개의 배기 라인부들(35, 36)을 갖고, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)는 상기 배기 라인부들(35, 36)의 각각 내에 배열되고, 상기 배기 가스 유동(31)으로부터 상기 배기 라인부들(35, 36)의 유체 분리를 위해, 상기 추출 디바이스(41)는 분리 밸브 디바이스(43, 45)를 갖고, 상기 분리 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들(35, 36)의 어느 것도 분리하지 않고, 제2 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부(35)를 분리하고, 제3 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부(36)를 분리하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 추출 디바이스(41)는 적어도 하나의 릴리프 밸브 디바이스(45)를 갖고, 상기 릴리프 밸브 디바이스에 의해 상기 배기 라인부들(35, 36)의 압력이 릴리프될 수 있으며 상기 하나의 릴리프 밸브 디바이스(45)는 제1 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들(35, 36)의 어느 것도 릴리프하지 않고, 제2 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부(35)를 릴리프하고, 제3 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부(36)를 릴리프하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 추출 디바이스(41)는 적어도 하나의 연결 요소(47)를 갖고, 상기 연결 요소에 의해, 상기 배기 라인부들(35, 36)이 상기 저장 디바이스(39)의 상류측에서 상기 반응기 디바이스(49)에 유체 연결될 수 있고, 상기 연결 요소(47)에는 연결 밸브 디바이스(45)가 할당되고, 상기 연결 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 상기 연결 요소(47)를 통한 배기 가스 유동을 차단하고, 제2 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부(35)로부터 상기 반응기 디바이스(49)를 향한 배기 가스 유동을 가능화하고, 제3 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부(36)로부터 상기 반응기 디바이스(49)를 향한 배기 가스 유동을 가능화하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 추출 디바이스(41)는 바이패스 디바이스(57)를 갖고, 상기 바이패스 디바이스에 의해, 상기 배기 라인부들(35, 36)은 상기 저장 디바이스들(39)의 하류측에서 그리고 상기 배기 라인부들(35, 36)의 연결 영역(37)의 상류측에서 서로 유체 연결될 수 있고, 상기 바이패스 디바이스(57)에는 바이패스 밸브 디바이스(59)가 할당되고, 상기 바이패스 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 상기 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동을 차단하고 제2 밸브 위치에서 상기 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동을 적어도 부분적으로 가능화하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 추출 디바이스(41)는 적어도 하나의 전달 디바이스(55)를 갖고, 상기 전달 디바이스에 의해 배기 가스가 상기 배기 라인부들(35, 36)로부터 상기 적어도 하나의 연결 요소(47)를 거쳐 상기 반응기 디바이스(49)로 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 황 오염물들을 변환하기 위한 상기 반응기 디바이스(49)는 오염물 스크러버, 고정상 반응 요소, 및 황 오염물들을 냉각 및 응축하기 위한 냉각 디바이스 및 응축 디바이스 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  15. 제3항에 있어서, 바이패스 디바이스(71)가 제공되고, 상기 바이패스 디바이스에 의해, 상기 황 오염물들로부터 분리되고 상기 배기 라인(31)으로부터 제거된 반응제가 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)의 상류측에서 상기 배기 가스(38)로 재차 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39) 내에 저장된 황 오염물들의 양이 결정될 수 있는 측정 또는 제어 디바이스(60)가 제공되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  17. 연소 엔진에 의해 작동되는 차량용 배기 가스 후처리 시스템을 작동하기 위한 방법으로서, 상기 배기 가스 후처리 시스템(17)은 배기 라인(31) 내에 배열되는 배기 터보차저(19)의 적어도 하나의 터빈(29) 및 적어도 하나의 저장 디바이스(39)를 갖고, 배기 가스 유동 방향에서 볼 때, 상기 배기 라인(31)은 상기 터빈(29)의 상류측이 고압 영역(32)으로서 그리고 상기 터빈(29)의 하류측이 저압 영역(34)으로서 설계되고, 상기 저압 영역은 상기 고압 영역(32)보다 더 낮은 압력에 있고, 배기 가스(38) 내에 함유되는 황 오염물들의 적어도 일부는 상기 저장 디바이스(39)에 의해, 적어도 규정된 시간 기간 동안 저장되거나 또는 중간 저장 상태로 될 수 있는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)는 상기 적어도 하나의 터빈(29)의 상류측에서 상기 배기 라인(31) 내에 배열되고, 상기 방법은,
    상기 터빈의 상류측 상기 배기 라인 내에 상기 배기 라인의 고압 영역에 상기 저장 디바이스를 배열하는 단계; 및
    상기 황 오염물들을 상기 저장 디바이스 내에 저장하거나 또는 중간 저장 상태로 되게하는 단계를 구비하여, 상기 황 오염물들이 상기 배기 라인의 상기 고압 영역에 저장되거나 또는 중간 저장 상태가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    추출 디바이스로 상기 배기 라인으로부터 상기 저장된 황 오염물들을 추출하거나 또는 제거하는 단계,
    상기 추출되거나 또는 제거된 황 오염물들을 반응기 디바이스에 공급하는 단계, 및
    상기 반응기 디바이스 내에서 상기 황 오염물들을 규정된 물질들로 변환하는 단계를 더 구비하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 배기 라인(31)은 배기 가스(38)가 평행하게 유동하는 2개의 배기 라인부들(35, 36)을 갖고, 상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39)는 상기 배기 라인부들(35, 36)의 각각 내에 배열되고, 상기 배기 가스 유동으로부터 상기 배기 라인부들(35, 36)의 유체 분리를 위해, 상기 추출 디바이스(41)는 분리 밸브 디바이스(43, 45)를 갖고, 상기 분리 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들(35, 36)의 어느 것도 분리하지 않고, 제2 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부(35)를 분리하고, 제3 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부(36)를 분리하고,
    상기 추출 디바이스(41)는 적어도 하나의 릴리프 밸브 디바이스(45)를 갖고, 상기 릴리프 밸브 디바이스에 의해, 상기 배기 라인부들(35, 36)의 압력이 릴리프될 수 있으며, 상기 하나의 릴리프 밸브 디바이스(45)는 제1 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들(35, 36)의 어느 것도 릴리프하지 않고, 제2 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부(35)를 릴리프하고, 제3 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부(36)를 릴리프하고,
    상기 추출 디바이스(41)는 적어도 하나의 연결 요소(47)를 갖고, 상기 연결 요소에 의해, 상기 배기 라인부들(35, 36)이 상기 저장 디바이스(39)의 상류측에서 상기 반응기 디바이스(49)에 유체 연결될 수 있고, 상기 연결 요소(47)에는 연결 밸브 디바이스(45)가 할당되고, 상기 연결 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 상기 연결 요소(47)를 통한 배기 가스 유동을 차단하고, 제2 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제1 배기 라인부(35)로부터 상기 반응기 디바이스(49)를 향한 배기 가스 유동을 가능화하고, 제3 밸브 위치에서 상기 2개의 배기 라인부들 중 제2 배기 라인부(36)로부터 상기 반응기 디바이스(49)를 향한 배기 가스 유동을 가능화하고,
    상기 분리 밸브 디바이스(43, 45), 상기 릴리프 밸브 디바이스(45) 및 상기 연결 밸브 디바이스(45)는 초기 위치에서 이들의 제1 밸브 위치들에 있는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    폐루프 또는 개루프 제어 디바이스에 의해 상기 분리 밸브 디바이스, 상기 릴리프 밸브 디바이스 및 상기 연결 밸브 디바이스를 제어함에 의해 상기 2개의 배기 라인부들 중 하나의 상기 저장 디바이스를 재생하는 단계를 더 구비하고, 이로 인해 상기 2개의 배기 라인부들 중 하나는 상기 분리 밸브 디바이스에 의해 상기 배기 가스 흐름으로부터 초기에 분리되고, 상기 2개의 배기 라인부들 중 하나로부터 상기 반응기 디바이스를 향하는 상기 배기 가스 흐름은 상기 연결 밸브 디바이스에 의해 가능화되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 추출 디바이스(41)는 바이패스 디바이스(57)를 갖고, 상기 바이패스 디바이스에 의해, 상기 배기 라인부들(35, 36)은 상기 저장 디바이스들(39)의 하류측에서 그리고 상기 배기 라인부들(35, 36)의 연결 영역(37)의 상류측에서 서로 유체 연결될 수 있고, 상기 바이패스 디바이스(57)에는 바이패스 밸브 디바이스(59)가 할당되고, 상기 바이패스 밸브 디바이스는 제1 밸브 위치에서 상기 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동을 차단하고 제2 밸브 위치에서 상기 바이패스 디바이스(57)를 통한 배기 가스 유동을 적어도 부분적으로 가능화하고,
    상기 바이패스 밸브 디바이스(59)는 초기 위치에서 제1 밸브 위치에 있고,
    상기 재생하는 단계는, 상기 2개의 배기 라인부들 중 하나를 분리한 후에 상기 바이패스 디바이스를 통한 배기 가스 유동이 상기 바이패스 밸브 디바이스에 의해 적어도 부분적으로 가능화되도록 상기 폐루프 또는 개루프 제어 디바이스에 의해 상기 바이패스 밸브 디바이스를 제어하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 가지는 차량.
  22. 제1항에 있어서, 상기 차량은 선박인, 배기 가스 후처리 시스템.
  23. 제2항에 있어서,
    상기 저장 디바이스(39)는 수착 재료로부터 제조되거나 또는 수착 재료로 코팅되는 수착 요소로서 설계되는, 배기 가스 후처리 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 수착 재료는 제올라이트, 칼슘, 및 바륨 중 적어도 하나인, 배기 가스 후처리 시스템.
  25. 제3항에 있어서, 상기 고체들은 분해 가능한 염들인, 배기 가스 후처리 시스템.
  26. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 SCR 촉매(39, 72)가 상기 배기 라인(31) 내에 배열되되, 상기 SCR 촉매에는 공급 디바이스(65)에 의해 형성된 상기 반응제가 마찬가지로 공급될 수 있는, 배기 가스 후처리 시스템.
  27. 제4항에 있어서, 상기 반응제는 수성 요소 용액인, 배기 가스 후처리 시스템.
  28. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 저장 디바이스(39) 및 상기 SCR 촉매(72) 모두를 위한 상기 반응제를 상기 배기 가스(38) 내로 공급하기 위한 단일 공급 영역(75)을 제공하는, 배기 가스 후처리 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 단일 공급 영역(75)은 상기 터빈(29)의 상류, 또는 상기 저장 디바이스(39)의 상류, 상기 터빈(29)의 상류 및 상기 저장 디바이스(39)의 상류 모두에서 상기 배기 라인(31) 내에 배열되는, 배기 가스 후처리 시스템.
  30. 제8항에 있어서, 상기 규정된 물질들은 무해한 물질들인, 배기 가스 후처리 시스템.
  31. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전달 디바이스(55)는 펌프인, 배기 가스 후처리 시스템.
  32. 제16항에 있어서,
    상기 저장 디바이스(39) 내에 저장된 황 오염물들의 양을 결정하기 위한 상기 측정 또는 제어 디바이스(60)가 센서 시스템, 또는 시뮬레이션 모델, 또는 상기 센서 시스템 및 상기 시뮬레이션 모델 모두를 가지는, 배기 가스 후처리 시스템.
  33. 제17항에 있어서, 상기 차량은 선박인, 방법.
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