KR20140029715A - 엔진 배기가스 촉매 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 엔진의 배기가스 촉매 저감장치에 관한 것으로서, 엔진 배기가스에 포함된 질소 산화물을 제거할 수 있도록 엔진 배기라인에 SCR 챔버를 구비하되, 상기 SCR 챔버는 내부에 촉매가 수용되는 일정 크기의 챔버하우징과 상기 챔버하우징의 양단부에 각각 설치되는 플랜지부로 구성되며, 상기 배기라인을 분리하여 상기 플랜지부에 각각 연결시킬 수 있게 함으로써, 하나의 유닛 형태로 상기 배기라인에 착탈시킬 수 있도록 하여 SCR 챔버의 설치 및 해체가 간편할 뿐 아니라, 유지 보수가 용이하고 또한 소음기를 연속 설치하여 배기가스의 압력 저하 감소는 물론 공간 활용성을 높인 엔진 배기가스 촉매 저감장치에 관한 것이다.

Description

엔진 배기가스 촉매 저감장치{Catalytic reduction device for exhaust gas of engine}

본 발명은 선박 엔진의 배기가스 내에 포함된 질소 산화물을 제거하기 위한 촉매 저감장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 엔진 배기라인에 설치되는 SCR 챔버(Chamber)를 하나의 유닛 형태로 배기라인에 착탈시킬 수 있게 하고, 또한 소음기를 SCR 챔버(Chamber)에 통합 설치함으로써, 설치 및 해체가 간편할 뿐 아니라, 배기가스의 BACK PRESSURE를 감소시킬 수 있는 엔진 배기가스 촉매 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진 등이 설치되어 운영되고 있다.

이러한 선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소 산화물인 NOx, 그리고 황산화물인 SOx 등의 유해성 기체상 물질이 포함되어 있다.

따라서 엔진의 배기라인에는 매연여과장치(DPF:Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction), 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.

여기서 선택적 촉매 저감장치인 SCR 챔버(Chamber)는 압출 혹은 금속성 코팅 촉매로 이루어진 것으로서, 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 암모니아(NH3) 또는 우레아(Urea)를 환원제로 이용하여 무해한 질소와 물로 환원시키는 장치이다.

이하 종래의 SCR 챔버(Chamber)를 도 1을 참조하여 간략히 설명한다.

도 1은 종래의 SCR 챔버가 설치된 일반적인 엔진 배기라인의 부분 사시도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 SCR 챔버의 촉매 레이어(Layer) 중 하나는 설명의 편의를 위하여 커버가 개방된 상태를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, SCR 챔버(200)에는 촉매 레이어(Layer)(220)가 일정 간격으로 이격되어 복수로 설치되며, 촉매 레이어(220) 내부에는 많은 개수의 촉매(250)가 설치된다.

여기서 베기라인(100)에는 촉매(250)가 설치될 수 있도록 커버가 구비된 일정 크기의 공간이 제공된다.

따라서 작업자는 배기라인(100)에 구비된 커버를 개방하고 상기 공간에 다수의 촉매를 하나씩 삽입시켜 설치하거나 또는 분리하게 되는 것이다.

이때 각 촉매(250)에는 배기가스가 통과할 수 있도록 하니콤 타입(honeycomb type)이나 메쉬 타입(mesh type)으로 이루어지는 다수의 개방형 셀(cell)이 길이 방향을 따라 설치되어 있다.

따라서 배기가스는 상기 셀을 통과하면서 촉매 반응을 하여 질소 산화물이 질소와 물로 환원되어 지는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 SCR 챔버는 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 촉매는 수명(약 2년) 경과시 교체해주어야 하는 데, 선박 엔진의 경우에는 촉매의 크기가 대형일 뿐 아니라, 수십 개의 각 촉매를 하나씩 분리하여 교체해주어야 하기 때문에 작업 공수와 작업 시간이 과다하게 소요되는 문제점이 있었고, 둘째, SCR 챔버와 소음기가 함께 설치되는 경우 서로 별도로 설치되어 있기 때문에 선박 내의 공간적인 제약 및 배기가스의 과도한 BACK PRESSURE가 발생하여 엔진 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째, SCR 챔버를 다수의 촉매가 수용된 챔버하우징과 이 챔버하우징 양단부에 구비된 사각 플랜지부로 구성함으로써, SCR 챔버를 배기라인에 하나의 유닛(Unit) 형태로 착탈시킬 수 있게 함으로써, 설치 및 해체가 간편하여 유지 보수가 용이하도록 하고, 둘째, 소음기를 SCR 챔버에 통합 설치함으로써, 최소의 공간에 SCR 챔버(Chamber)와 소음기 설치가 가능하며, 배기가스의 BACK PRESSURE를 최소화 할 수 있게 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진 배기가스에 포함된 질소 산화물을 제거할 수 있도록 엔진 배기라인에 SCR 챔버를 구비한 엔진 배기가스 촉매 저감장치에 있어서, 상기 SCR 챔버는 내부에 촉매가 수용되는 일정 크기의 챔버하우징과 상기 챔버하우징의 양단부에 각각 설치되는 플랜지부로 구성하고, 상기 배기라인을 분리하여 상기 플랜지부에 각각 연결시킬 수 있게 함으로써 하나의 유닛 형태로 상기 배기라인에 착탈시킬 수 있도록 구비된다.

여기서 상기 챔버하우징은 배기가스의 진행 방향에 대해 내부를 다수개의 반응구역으로 분리 구성하고, 상기 반응구역 각각에 상기 촉매가 다수개 수용되어 모듈 단위로 설치될 수 있다.

또한 상기 SCR 챔버는 적어도 2개 이상의 촉매 레이어로 구성되며, 상기 촉매 레이어가 상기 배기라인에 연속적으로 설치되어 2단 이상으로 구비되도록 할 수 있다.

또 상기 촉매 레이어 중 최후단의 촉매 레이어에는 소음기가 연속 설치되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 설치 및 해체가 간편하고 또한 유지 보수가 용이하여 비용의 절감은 물론 작업 공수 감소를 통해 작업 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 또한 베기가스의 압력 저하를 감소킬 수 있어 엔진의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, SCR 챔버와 소음기의 콤팩트한 배치가 가능하여 공간 활용성 및 소음저감 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 SCR 챔버가 설치된 일반적인 엔진 배기라인의 부분 사시도,
도 2는 본 발명의 엔진 배기가스 촉매 저감장치의 측면도,
도 3은 도 2의 정면도,
도 4는 본 발명에 구비된 촉매 레이어의 사시도이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 엔진 배기가스 촉매 저감장치의 측면도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2의 정면도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명에 구비된 촉매 레이어(Layer)의 사시도를 나타낸 것이다.

여기서 도 4는 설명의 편의를 위하여 하나의 촉매가 외부에 노출된 상태를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 엔진 배기가스 촉매 저감장치는 엔진의 배기라인(100)상에 SCR 챔버(선택적 촉매 저감장치, Selective Catalytic Reduction)(30)가 설치되며, 이때 SCR 챔버(30)는 배기가스에 포함된 질소 산화물인 NOx를 촉매 반응을 통해 제거하게 된다.

여기서 SCR 챔버(30)는 (텅스텐(W) 등의) 압출 및 금속성 코팅 촉매로 이루어진 것으로서, 암모니아(NH3) 또는 우레아(Urea)를 환원제로 이용하여 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 질소와 물로 환원시켜 배출하게 되는 것이다.

본 발명의 SCR 챔버(30)는 내부에 촉매(70)가 수용되는 일정 크기의 챔버하우징(11)과 챔버하우징(11)의 양단부에 각각 설치되는 플랜지부(15)로 구성된다.

챔버하우징(11)은 내부에 다수의 촉매(70)가 수용될 수 있도록 일정 공간을 제공하는 것으로서, 배기라인(100)의 형상에 대응되게 사각 덕트 형태로 구비되며, 내부에는 다수의 촉매(70)가 설치된다.

이때 챔버하우징(11)의 양단부에는 내부에 수용된 촉매(70)를 지지할 수 있도록 메쉬(mesh) 형태의 지지판이 설치될 수 있다.

한편 플랜지부(15)는 챔버하우징(11)의 양단부에 각각 설치되는 것으로서, 배기라인(100)에 연결시킬 수 있도록 챔버하우징(11)의 외주면을 따라 외측 방향으로 일정 높이 돌출되도록 구비된다.

이때 배기라인(100)에도 SCR 챔버(30)의 플랜지부(15)에 대응되는 플랜지부를 설치함으로써, 배기라인(100) 상에 SCR 챔버(30)를 결합시킬 수 있도록 한다.

여기서 배기라인(100)의 플랜지부와 SCR 챔버(30)의 플랜지부(15)를 서로 밀착시켜 볼트 등을 이용하여 연결시킬 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 SCR 챔버(30)는 하나의 유닛(Unit) 형태로 배기라인(100)에 착탈시킬 수 있게 됨으로써, 종래와 같이 다수개의 촉매(70)를 하나 하나씩 배기라인(100)에 삽입하여 설치하거나 또는 분리할 필요가 없게 되고, 이로 인해 촉매(70)의 교체작업이 간편할 뿐 아니라 유지 보수 작업이 용이하게 되는 것이다.

한편 촉매(70)는 챔버하우징(11) 내에 다수개가 순차적으로 적재되도록 설치되는 것으로서, 통상적으로 일정 길이의 사각 기둥 형태로 구비되며, 내부에는 배기가스가 통과할 수 있는 다수의 개방형 셀(cell)(75)(도4에 도시함)이 길이 방향을 따라 구비된 것이다.

여기서 촉매(70)는 하니콤 타입(honeycomb type)이나 메쉬 타입(mesh type) 등으로 다수의 셀(75)을 형성하게 되는 것이다.

따라서 이러한 사각 기둥 형상의 촉매(70)를 챔버하우징(11) 내에 설치하여 하나의 유닛 형태로 구성함으로써, 종래와 같이 많은 개수의 촉매(70)를 하나 하나씩 개별적으로 분리하지 않고 하나의 유닛 형태로 분리 또는 설치하는 것이 가능하게 되어 다수의 촉매(70)를 일시에 교체할 수 있게 되는 것이다.

한편 챔버하우징(11)은 배기가스의 진행 방향에 대해 내부를 다수개의 반응구역으로 분리 구성하고(도4에 도시함), 이 반응구역 각각에 다수의 촉매(70)가 모듈(module)(M1,M2,M3,M4) 형태로 설치되도록 할 수 있다.

즉 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버하우징(11) 내에 다수의 반응구역을 구획하고, 각 반응구역마다 다수의 촉매(70)를 하나의 모듈(M1,M2,M3,M4) 형태로 통합하여 설치되도록 하는 것이다.

또한 챔버하우징(11)과 플랜지부(15)를 반응구역 별로 분리 구성하여 각각의 모듈(M1,M2,M3,M4) 단위로 설치 또는 해체가 가능하도록 할 수도 있을 것이다.

따라서 작업자는 다수의 촉매(70)를 각 반응구역 별로 통합하여 모듈(M1,M2,M3,M4) 단위로 설치 또는 분리할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명의 엔진 배기가스 촉매 저감장치에 구비된 SCR 챔버(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1촉매 레이어(Layer)(10)와 제2촉매 레이어(Layer)(20)로 구성되어 배기라인(100)에 연속으로 설치함으로써, 2단 이상으로 배치할 수 있다.

이때 제1촉매 레이어(10)와 제2촉매 레이어(20)의 각 플랜지부(15)를 볼트 결합하여 연결시키면 될 것이다.

또한 제2촉매 레이어(20)의 후단에는 소음기(50)를 연속 설치하는 것이 바람직하다.

소음기(50)는 배기가스의 배출과정에서 발생하는 배기 소음을 저감시키기 위한 것으로서, 배기가스의 BACK PRESSURE를 발생시키게 되며, 이로 인해 엔진의 출력 효율을 저하시키는 하나의 요인이 되고 있다.

본 발명은 제2촉매 레이어(20)에 소음기(50)가 연결되도록 설치함으로써, 공간 활용도를 높일 수 있으며, 또한 배기가스가 SCR 챔버(30)를 통과한 후 바로 소음기(50)로 진입되도록 하여 SCR 챔버(30)에서 1차로 소음이 저하된 배기가스가 소음기(50)로 진입하게 됨으로써, BACK PRESSURE에 대한 소음기(50)의 설계 마진(margin)을 넓게 확보할 수 있게 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 다수의 촉매가 수용된 SCR 챔버(30)를 하나의 유닛(Unit) 형태로 배기라인(100)에 착탈시킬 수 있게 됨으로써, 촉매(70)의 설치 및 해체가 간편하여 촉매(70)의 교체 등을 위한 유지 보수 작업이 용이하게 하게 되고, 또한 소음기(50)를 SCR 챔버(30)에 통합 설치함으로써, 공간 활용도를 높일 수 있을 뿐 아니라, 소음기(50)에 의한 배기가스의 압력 저하가 감소되도록 하여 엔진 효율 향상 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 제1촉매 레이어
11 : 챔버하우징
15 : 플랜지부 20 : 제2촉매 레이어
30,200 : SCR 챔버
50 : 소음기
70 : 촉매 75,250 : 셀
100 : 배기라인 220 : 촉매 레이어

Claims (4)

1. 엔진 배기가스에 포함된 질소 산화물을 제거할 수 있도록 엔진 배기라인에 SCR 챔버를 구비한 엔진 배기가스 촉매 저감장치에 있어서,
   상기 SCR 챔버는,
   내부에 촉매가 수용되는 일정 크기의 챔버하우징과 상기 챔버하우징의 양단부에 각각 설치되는 플랜지부로 구성하고, 상기 배기라인을 분리하여 상기 플랜지부에 각각 연결시킬 수 있게 함으로써, 하나의 유닛 형태로 상기 배기라인에 착탈시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 촉매 저감장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 챔버하우징은 배기가스의 진행 방향에 대해 내부를 다수개의 반응구역으로 분리 구성하고, 상기 반응구역 각각에 상기 촉매가 다수개 수용되어 모듈 단위로 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 촉매 저감장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 SCR 챔버는 적어도 2개 이상의 촉매 레이어로 구성되며, 상기 촉매 레이어가 상기 배기라인에 연속적으로 설치되어 2단 이상으로 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 촉매 저감장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 촉매 레이어 중 최후단의 촉매 레이어에는 소음기가 연속 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스 촉매 저감장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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