KR20220154041A - 배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 방법 및 배기 가스 정화 시스템의 용도 - Google Patents

배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 방법 및 배기 가스 정화 시스템의 용도 Download PDF

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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

배기 가스 정화 시스템(1), 방법 및 용도가 제공된다. 배기 가스 정화 시스템(1)은 입자 필터 장치(9)를 포함하고, 입자 필터 장치는 다시 케이싱(15), 케이싱(15)의 배기 가스 통로(19) 내에 적어도 부분적으로 배열되는 복수의 중공형 세라믹 필터 로드(33), 배기 가스 유입구(25) 및 배기 가스 배출구(27)를 포함한다. 입자 필터 장치(9)는 배기 가스를 배기 가스 유입구(25)로부터, 상기 배기 가스 통로(19)를 통해서, 그리고 배기 가스 배출구(27)로 안내하도록 구성된다. 입자 필터 장치(9)는 배기 가스 유입구(25)와 상기 배기 가스 통로(19) 사이에 배열된 천공 판(29)을 더 포함하고, 천공 판(29)은 적어도 부분적으로 상기 필터 로드(33)를 따라서 연장되고 배기 가스 유입구(25)로부터 상기 배기 가스 통로(19)로의 배기 가스 유동 경로(P)를 부분적으로 차단한다. 천공 판(29)은, 배기 가스가 상기 배기 가스 통로(19) 내로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 개구부(41)를 형성한다. 필터 로드(33)는 가스 투과적이고, 그에 따라 배기 가스가, 여과 중에, 상기 필터 로드(33)의 각각의 벽(53)에 침투할 수 있게 하고 상기 필터 로드(33) 내로 유동할 수 있게 하며, 필터 로드(33)의 각각의 개방 상부 단부(39)가 상기 배기 가스 배출구(27)와 연통되고, 그에 따라 배기 가스가 상기 케이싱(15)을 빠져 나갈 수 있게 한다.

Description

배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 방법 및 배기 가스 정화 시스템의 용도{EXHAUST GAS CLEANING SYSTEM AND METHOD FOR CLEANING EXHAUST GAS AND USE OF EXHAUST GAS CLEANING SYSTEM}
본 발명은, 예를 들어 해양 엔진, 버너 또는 보일러로부터의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 예를 들어 해양 엔진, 버너 또는 보일러로부터의 배기 가스를 정화하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 예를 들어 해양 엔진, 버너 또는 보일러로부터의 배기 가스를 선박 상에서 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템의 용도에 관한 것이다.
상이한 종류의 배기 가스가, 예를 들어 배의 추진과 관련하여, 많은 수의 상이한 상황에서 생성된다. 대형 선박은 일반적으로 황 함유 연료, 보다 특히 고-황 중연료유(high sulphur heavy fuel oil) 또는 VLSFO, ULSFO 또는 디젤과 같이 저-황 연료로 동작되는 엔진으로 구동된다. 그러한 연료의 연소에서, 질소 산화물(NOX), 그리고 가능하게는 연료 황 레벨에 따라 황 산화물(SOX)을 포함하는 배기 가스가 형성된다. 배기 가스는 또한, 그을음, 오일, 중금속, 및 주로 미크론-이하의 원소 탄소 미립자로 구성된 블랙 카본(BC)과 같은, 미립자 성분을 일반적으로 포함한다. 배기 가스가 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해서, 배기 가스는, 대기로 방출되기 전에, 이러한 오염물질로부터 정화되어야 한다. 예를 들어, 배기 가스는 황 산화물 및 미립자 성분의 제거를 위해서 습식 스크러버(wet scrubber)를 통과할 수 있고, 및/또는 질소 산화물의 제거를 위해서 SCR 반응기 내에서 처리될 수 있다.
스크러버는, 황 산화물을 배기 가스로부터 세척하기 위해서 해수의 천연 알칼리도(alkalinity)를 이용하는, 소위 개방 루프 스크러버일 수 있다. 이어서, 해수는 바다로부터, 바다로 다시 방출되기 전에 SOX 및 미립자 성분을 배기 가스로부터 흡수하기 위해서 스크러버를 통해서 공급된다.
대안적으로, 스크러버는 소위 폐쇄 루프 스크러버일 수 있고, 그러한 스크러버는, 황 산화물 및 미립자 성분을 배기 가스로부터 세척하기 위해서, 일반적으로 수산화나트륨(NaOH) 또는 탄산나트륨(Na2CO3)과 같은 알칼리성제(alkaline agent)와 조합된, 순환 담수 또는 해수를 이용한다. 그러한 스크러버에서, 순환 담수 또는 해수 내의 수성 아황산염, 황산염, 및 미립자 성분의 양이 점진적으로 증가된다. 따라서, 순환 담수 또는 해수의 품질을 제어하기 위해서, 순환 담수 또는 해수의 적은 양이 때때로 또는 연속적으로 깨끗한 담수 또는 해수에 의해서 교체되고, 선박에서 저장되거나 미립자 성분의 정화 후에 선박 밖으로 방출된다.
오늘날 이러한 목적을 위해서 사용되는 스크러버는 황 산화물의 대부분 그리고 미립자 성분의 일부(그러나 적다)를 배기 가스로부터 제거할 수 있다. SOX 방출은 이미 IMO에 의해서 세계적으로 규제되고, 전반적인 블랙 카본 및 미립자 성분의 규제가 미래에 예상된다. 이러한 관점에서, 더 많은 미립자 성분을 배기 가스로부터 제거할 수 있는 배기 가스 정화 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 배기 가스를 정화하기 위한 개선된 배기 가스 정화 시스템, 배기 가스를 정화하기 위한 개선된 방법, 및 선박 상에서 배기 가스 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템의 개선된 용도를 제공하는 것이다.
본 발명의 기본적인 개념은, 배기 가스로부터의 미립자 성분의 제거를 증가시킬 수 있는 입자 필터 장치에 의한 배기 가스의 정화를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 배기 가스 정화 시스템, 방법 및 용도가 첨부된 청구항에서 규정되어 있고 이하에서 설명된다.
본 발명에 따른 배기 가스 정화 시스템은 예를 들어 선박에서 배기 가스를 정화하기 위한 것이다. 배기 가스 정화 시스템은 입자 필터 장치를 포함하고, 입자 필터 장치는 다시 케이싱, 및 케이싱의 배기 가스 통로 내에 배열되고 본질적으로 수직으로 그리고 서로를 따라서 길이방향으로 연장되는 복수의 중공형 세라믹 필터 로드(ceramic filter rod)를 포함한다. 수직은 수평에 직각이고 중력의 방향에 평행하다. 필터 로드는 부분적으로 또는 완전히, 다시 말해서 적어도 부분적으로, 배기 가스 통로 내에 배열된다. 다시 말해서, 필터 로드의 각각의 부분 또는 전체 필터 로드가 배기 가스 통로 내에서 연장된다. 입자 필터 장치는, 배기 가스가 배기 가스 통로 상류에서 케이싱 내로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 배기 가스 유입구, 및 배기 가스가 배기 가스 통로 하류에서 케이싱의 외부로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 배기 가스 배출구를 더 포함한다. 입자 필터 장치는 배기 가스를 배기 가스 유입구로부터, 상기 배기 가스 통로를 통해서, 그리고 배기 가스 배출구로 안내하도록 구성된다. 입자 필터 장치는 배기 가스 유입구의 하류 및 상기 배기 가스 통로의 상류에 배열된 천공 판을 더 포함한다. 이러한 판은 적어도 부분적으로 상기 필터 로드를 따라서 연장되고, 이는 배기 가스 유입구로부터 상기 배기 가스 통로로의 배기 가스 유동 경로를 부분적으로 차단하거나 폐쇄한다. 천공 판은, 배기 가스가 상기 배기 가스 통로 내로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 개구부를 형성한다. 필터 로드는 가스 투과적이고, 그에 따라 배기 가스가, 여과 중에, 필터 로드의 각각의 벽에 침투할 수 있게 하고 상기 필터 로드 내로 유동할 수 있게 한다. 또한, 필터 로드의 각각의 개방 상부 단부가 상기 배기 가스 배출구와 연통되고, 그에 따라 배기 가스가 케이싱을 빠져 나갈 수 있게 한다.
케이싱은 임의의 적합한 형상, 및 예를 들어 스테인리스 강 및/또는 탄소 강과 같은 재료로 이루어질 수 있고, 배기 가스 통로는, 직사각형 평행육면체의 형상과 같은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다.
복수의 또는 모든 필터 로드들이 서로 분리될 수 있고, 소위 양초(candle) 유형의 필터 셋업에 포함될 수 있다. 예를 들어 소위 벽 유동 유형의 필터에 비교하면, 양초 유형의 필터는: 그 구성이 필터 로드의 추가 또는 제거에 의해서 용이하게 변경될 수 있기 때문에 가요성을 가지고, 효율적인 그을음 송풍을 가능하게 하기 때문에 청소가 용이하고, 필터 로드가 용이하게 대량 생산될 수 있기 때문에 저렴하다. 필터 로드들의 분리는 필터 로드의 주위 전체의 배기 가스의 분배를 가능하게 하고, 이는 또한 배기 가스 여과를 위해서 많은 필터 로드 표면을 이용할 수 있게 한다. 또한, 필터 로드들은, 필터 로드 주위의 배기 가스의 더 균일한 분배 및 효과적인 배기 가스 여과를 촉진하는 포메이션(formation)으로 배열될 수 있다. 필터 로드는, 원형, 난형 또는 다각형과 같은, 임의의 적합한 횡단면, 및 임의의 벽 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 필터 로드는 원형 횡단면 및 40 내지 200 mm의 외경, 0.3 내지 3 m의 길이, 및 5 내지 30 mm의 벽 두께를 가질 수 있다.
필터 로드가 수평이 아닌 수직으로 연장된다는 점에서, 필터 로드는 덜 취약하고 덜 손상될 수 있다.
필터 로드의 각각은 개방 상부 단부를 갖는다. 상부 단부는, 배기 가스 시스템이 내부에 배열되는 공간의 지면 또는 바닥으로부터 가장 먼 단부를 의미한다. 필터 로드의 각각은 폐쇄된 하부 단부를 가질 수 있다. 하부 단부는, 배기 가스 시스템이 내부에 배열되는 공간의 지면 또는 바닥에 가장 가까운 단부를 의미한다.
본 문헌 전체를 통해서 "연통하는" 및 "연통"은 "직접적 또는 간접적으로 연통하는" 및 "직접적 또는 간접적 연통"을 각각 의미한다는 것을 강조한다. 유사하게, "수용하는", "공급하는", "출력하는" 등은 본 문헌 전체를 통해서 "직접적 또는 간접적으로 수용하는", "직접적 또는 간접적으로 공급하는", 및 "직접적 또는 간접적으로 출력하는"을 각각 의미한다.
또한, 이러한 문헌 전체를 통해서, "배기 가스"라는 용어가 미처리 배기 가스뿐만 아니라 상이한 정도들로 정화된 배기 가스에 대해서 사용된다는 것에 주목하여야 한다.
본원에서, "상류"는 배기 가스 유동 방향에서 볼 때 "이전"을 의미하고, "하류"는 배기 가스 유동 방향에서 볼 때 "이후"를 의미한다.
전술한 바와 같이, 스테인리스 강과 같은 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있는 천공 판은 배기 가스 유입구로부터 배기 가스 통로까지의 배기 가스 유동 경로를 부분적으로 차단하거나 폐쇄한다. 배기 가스 유동 경로는 "부분적"으로만 차단되는데, 이는 판의 개구부가 여전히 배기 가스의 판 통과를 허용하기 때문이다. 판의 개구부는 임의의 적합한 설계를 가질 수 있고, 예를 들어 원형, 난형 또는 다각형, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 천공 판의 개방 면적은 25 내지 75%, 그리고 바람직하게 40 내지 60%일 수 있다. 또한, 천공 판이 케이싱의 내부로부터 분리되고 그에 따라 배기 가스가 천공 판을 통해서 뿐만 아니라 천공 판을 돌아서 유동할 수 있기 때문에, 배기 가스 유동 경로는 "부분적"으로만 차단될 수 있다.
전술한 바와 같이, 필터 로드는 가스 투과적이고, 그에 따라 배기 가스가 필터 로드 벽을 침투할 수 있고 필터 로드의 내측부 내로 유동할 수 있다. 배기 가스가 필터 로드 벽을 침투할 때, 그을음, 오일, 중금속 및 블랙 카본과 같은 미립자 성분이 필터 로드의 외측 표면 상에 침착되는 한편, 배기 가스의 나머지는 필터 로드 내로 유동한다. 그에 의해서, 배기 가스는, 필터 로드의 개방 상부 단부 및 배기 가스 배출구를 향해서 위쪽으로 유동하기 전에, 미립자 성분으로부터 필터링되고 정화된다.
필터 로드를 포함하는 배기 가스 통로에 도달하기 전에 배기 가스가 통과하여야 하는 천공 판을 입자 필터 장치가 포함한다는 점에서, 배기 가스는 필터 로드 주위에 비교적 균일하게 분배될 수 있고, 이는 배기 가스 필터링 효율의 관점에서 유리하다.
천공 판은 대향되는 제1 및 제2 외부 측면 섹션들을 포함할 수 있고, 제1 외부 측면 섹션의 적어도 일부, 예를 들어 상부 부분이 필터 로드를 향하는 방향으로 수직 축 주위에서 굽혀지고, 가능하게는 각도를 형성한다.
제1 외부 측면 섹션의 적어도 일부가 앞서 특정된 방식으로 굽혀진다는 점에서, 천공 판은 "접히고", 배기 가스를 필터 로드를 향해서 지향시킬 수 있고, 그에 따라 필터 로드 주위의 배기 가스의 분배를 개선할 수 있다.
당연히, 제2 외부 측면 섹션의 적어도 일부, 예를 들어 상부 부분도 또한 필터 로드를 향하는 방향으로 수직 축의 주위에서 굽혀질 수 있다.
천공 판은 외부 하부 섹션을 더 포함할 수 있고, 외부 하부 섹션의 적어도 일부는 필터 로드를 향하는 방향으로 수평 축 주위에서 굽혀지고, 가능하게는 각도를 형성한다.
외부 하부 섹션의 적어도 일부가 앞서 특정된 방식으로 굽혀진다는 점에서, 천공 판은 "접히고", 배기 가스를 필터 로드를 향해서 지향시킬 수 있고, 그에 따라 필터 로드 주위의 배기 가스의 분배를 개선할 수 있다.
배기 가스 정화 시스템은, 천공 판으로부터 필터 로드를 향해서 연장되는 세장형 판 보강 돌출부를 더 포함할 수 있다. 판 보강 돌출부가 직접적으로 또는 직선형으로 연장될 필요가 없고, 또한 필터 로드를 향해서 비스듬하게 연장될 수 있다. 판 보강 돌출부는 판 상에 달리 배치될 수 있다. 예로서, 판 보강 돌출부는 천공 판의 외부 연부로부터 및/또는 적어도 그 일부를 따라서 연장될 수 있다. 또한, 판 보강 돌출부는 천공 판과 일체로 형성될 수 있거나, 그렇지 않을 수 있다. 명칭에 의해서 나타나는 바와 같이, 판 보강 돌출부는, 천공 판에 대한 제어되지 않은 진동, 변경 및 손상이 방지될 수 있도록, 천공 판을 강화할 수 있다. 또한, 천공 판 상에서의 위치에 따라, 판 보강 돌출부는 천공 판의 외부 연부에 의해서 생성되는 "직립 와류(standing vortex)" 또는 난류의 위험을 감소시킬 수 있고, 그러한 "직립 와류"는 천공 판에 가장 근접하여 배열되는 필터 로드 내에서, 특히 그 모서리에서 제어되지 않은 진동의 위험을 증가시킬 수 있다.
필터 로드들은 1을 초과하는 수(n)의 그룹으로 분할될 수 있다. 또한, 각각의 상기 그룹 내의 적어도 대부분의 필터 로드들 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 미만일 수 있고, 그룹들 중 2개의 인접한 그룹들의 필터 로드들 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 초과일 수 있고, 그에 따라 n-1개의 중간 분배 채널을 형성한다. 이러한 하나 이상의 중간 분배 채널의 각각은 그룹들 중 2개의 인접한 그룹들 사이에서 연장될 것이고, 필터 로드 주위에서 보다 더 균일한 배기 가스의 분배를 촉진할 수 있다.
상기 중간 분배 채널의 적어도 하나가 천공 판으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 그러한 설계는 천공 판에 가장 먼 거리에 배열된 필터 로드 주위의 배기 가스 분배를 촉진할 수 있다.
필터 로드 중 외부 필터 로드의 세트가 케이싱으로부터 거리를 두고 배열될 수 있고, 그에 따라 상기 외부 필터 로드의 세트와 케이싱 사이에서 연장되는 제1 외부 분배 채널을 형성할 수 있다. 이러한 제1 외부 분배 채널은 필터 로드 주위의 배기 가스의 더 균일한 분배를 촉진할 수 있다.
당연히, 필터 로드 중 외부 필터 로드의 다른 세트가 케이싱으로부터 거리를 두고 배열될 수 있고, 그에 따라 상기 외부 필터 로드의 다른 세트와 케이싱 사이에서 연장되고, 가능하게는 제1 외부 분배 채널에 평행한, 제2 외부 분배 채널을 형성할 수 있다. 이러한 제2 외부 분배 채널은 필터 로드 주위의 배기 가스의 더 균일한 분배를 추가적으로 촉진할 수 있다.
제1 및/또는 제2 외부 분배 채널이 천공 판으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 그러한 설계는 천공 판에 가장 먼 거리에 배열된 필터 로드 주위의 배기 가스 분배를 촉진할 수 있다.
본원에서, '필터 로드들 사이의 거리' 또는 '필터 로드와 케이싱 사이의 거리'가 언급될 때, 이러한 거리는 필터 로드의 외부 표면으로부터 측정된다.
배기 가스 유입구는 배기 가스 통로의 상단 부분에, 즉 필터 로드의 하부 단부 위에 배열될 수 있다. 보다 특히, 배기 가스 유입구는, 천공 판의 상부 절반체의 연장부를 형성하는 2개의 가상의 분리된 수평 평면들 사이에 또는 그 내에 배열될 수 있다. 따라서, 가상의 수평 평면 중 하나는 천공 판을 그 수직 연장부의 절반체에서 2개로 분할하는 한편, 가상의 수평 평면 중 다른 하나는 천공 판의 상부 연부와 동일한 높이로 연장된다. 그에 의해서, 필터 로드 주위에서 위쪽으로 지향된 배기 가스 유동이 최소화될 수 있고, 이는 다시 배기 가스로부터 기원하는 미립자 성분의 상향 유동을 최소화할 수 있다. 결과적으로, 미립자 성분의 수집이 촉진될 수 있다.
입자 필터 장치는, 배기 가스에 의해서 필터 로드의 외측 표면에 침착된 입자 또는 미립자를 느슨하게(loosen) 하기 위해서 필터 로드의 개방 상부 단부 내로 가스를 송풍하도록 배열된 그을음 송풍 기구를 더 포함할 수 있다. 그에 의해서, 필터링 용량을 유지하기 위해서 필터 로드를 청소할 수 있는 가능성이 제공된다.
그을음 송풍 기구는, 배기 가스에 의해서 상기 필터 로드의 하위 세트의 외측 표면에 침착된 입자 또는 미립자를 느슨하게 하기 위해서 한 번에 필터 로드들의 하위 세트의 개방 상부 단부들 내로 가스를 송풍하도록 배열될 수 있다. 한 번에 필터 로드의 전부 대신 필터 로드의 하위 세트만으로 가스를 송풍하는 것에 의해서, 필터 로드 청소 중에, 배기 가스 정화 시스템은 여전히 동작될 수 있고 중단시킬 필요가 없을 수 있다. 예를 들어, 필터 로드들의 하위 세트는, 하나의 그리고 동일한 직선을 따라서 배열된 필터 로드들일 수 있다.
케이싱은, 상기 필터 로드의 하위 세트의 외측 표면으로부터 느슨해진 입자 또는 미립자 성분을 수집하기 위한 먼지 수집 공간을 형성할 수 있다. 먼지 수집 공간은 상기 배기 가스 통로의 아래에 배열될 수 있다. 그에 의해서, 중력이, 느슨한 입자 또는 미립자 성분을 배기 가스 통로로부터 상기 먼지 수집 공간 내로 수집하는 것을 보조할 수 있다. 또한, 먼지 수집 공간이 하향 방향으로 테이퍼링될(tapered) 수 있다. 그에 의해서, 중력이, 느슨한 입자 또는 미립자 성분을 먼지 수집 공간의 하단부 내로 수집하는 것을 보조할 수 있다. 또한, 입자 필터 장치는 미립자 성분을 방출하기 위해서 먼지 수집 공간의 하단부를 개방 및 폐쇄하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 이러한 메커니즘은 자동 또는 수동 기밀 배출구 밸브를 포함할 수 있다.
필터 로드는 적어도 제1 촉매를 포함하는 물질로 코팅되거나 함침될 수 있다. 전체 필터 로드, 또는 그 일부만이 코팅되거나 함침될 수 있다. 제1 촉매는 배기 가스 내에 포함된 질소 산화물의 환원을 촉진하기 위한 환원 촉매일 수 있거나, 배기 가스 내에 포함된 탄화수소의 산화를 촉진하기 위한 산화 촉매일 수 있다. 이러한 물질은 환원 촉매 또는 산화 촉매 형태의 제2 촉매를 또한 포함할 수 있다.
배기 가스 정화 시스템은 필터링된 배기 가스를 황 산화물로부터 정화하기 위해서 입자 필터 장치의 하류에 배열된 스크러버를 더 포함할 수 있다. 부가적으로/대안적으로, 배기 가스 정화 시스템은 입자 필터 장치의 하류에 배열된 배기 가스의 열을 회수하기 위한 보일러를 포함할 수 있다. 배기 가스 정화 시스템 이후에 배열된 보일러를 가짐으로써, 필터링된 배기 가스가 보일러를 통해서 공급되고, 이는, 이와 달리 필터링되지 않은 배기 가스가 보일러를 통해서 공급되는 경우에 비해서, 보일러의 표면을 덜 오염시키는 결과를 초래할 수 있다.
배기 가스 정화 시스템은, 필터 로드의 재생을 위해서, 배기 가스 정화 시스템으로 정화하고자 하는 배기 가스 대신, 고온 가스를 배기 가스 통로 내로 때때로 도입하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 수단은 배기 가스 유입구를 포함할 수 있고, 배기 가스 유입구는 배기 가스 또는 필터 로드 재생을 위한 고온 가스가 상기 배기 가스 통로의 상류에서 케이싱 내로 유동할 수 있게 허용하도록 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 입자 필터 장치로 배기 가스를 정화하기 위한 것이다. 입자 필터 장치는 케이싱, 및 적어도 부분적으로 케이싱의 배기 가스 통로 내에 배열되고 본질적으로 수직으로 그리고 서로를 따라서 길이방향으로 연장되는 복수의 중공형 세라믹 가스 투과성 필터 로드를 포함한다. 입자 필터 장치는 배기 가스가 배기 가스 통로의 상류에서 케이싱 내로 유동할 수 있게 허용하도록 배열된 배기 가스 유입구, 배기 가스가 배기 가스 통로의 하류에서 케이싱의 외부로 유동할 수 있게 허용하도록 배열된 배기 가스 배출구, 및 배기 가스 유입구의 하류 및 상기 배기 가스 통로의 상류에 배열된 천공 판으로서, 적어도 부분적으로 상기 필터 로드를 따라서 연장되고 배기 가스 유입구로부터 상기 배기 가스 통로로의 배기 가스 유동 경로를 부분적으로 차단하는, 천공 판을 더 포함한다. 방법은 배기 가스를 케이싱 내로 공급하는 단계 및 배기 가스를 천공 판의 개구부를 통해서 배기 가스 통로 내로 공급하는 단계를 포함한다. 방법은, 배기 가스가 상기 필터 로드의 각각의 벽을 침투하고 상기 필터 로드 내로 유동할 수 있게 하는 것에 의해서 배기 가스를 필터링하는 단계, 배기 가스를 필터 로드의 각각의 개방 상부 단부를 통해서 방출하는 단계, 및 배기 가스를 케이싱의 외부로 공급하는 단계를 더 포함한다.
방법은 천공 판의 대향되는 제1 및 제2 외부 측면 섹션들을 이용하여 배기 가스를 케이싱 내로 안내하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 외부 측면 섹션의 적어도 일부가 필터 로드를 향하는 방향으로 수직 축의 주위에서 굽혀질 수 있다.
방법은 천공 판의 외부 하부 섹션을 이용하여 배기 가스를 케이싱 내로 안내하는 단계를 포함할 수 있다. 외부 하부 섹션의 적어도 일부가 필터 로드를 향하는 방향으로 수평 축의 주위에서 굽혀질 수 있다.
방법은 배기 가스를 배기 가스 통로 내에 형성된 n-1개의 중간 분배 채널 내에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 필터 로드는 n개 초과의 그룹으로 분할될 수 있고, 각각의 상기 그룹 내의 적어도 대부분의(가능하게는 모든) 필터 로드들 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 미만일 수 있다. 그룹들 중 2개의 인접한 그룹들의 필터 로드들 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 초과일 수 있고, 그에 따라 n-1개의 중간 분배 채널을 형성할 수 있다. 상기 중간 분배 채널의 각각의 하나가 그룹 중 2개의 인접한 그룹들 사이에서 연장될 수 있다.
중간 분배 채널의 적어도 하나가 천공 판으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.
방법은 배기 가스를 배기 가스 통로 내에 형성된 제1 외부 분배 채널 내에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 필터 로드 중 외부 필터 로드의 세트가 케이싱으로부터 거리를 두고 배열될 수 있고, 그에 따라 상기 외부 필터 로드의 세트와 케이싱 사이에서 연장되는 제1 외부 분배 채널을 형성할 수 있다.
제1 외부 분배 채널이 천공 판으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.
방법은, 천공 판의 상부 절반체의 연장부를 형성하는 2개의 분리된 수평 평면들 사이에서 케이싱 내로 배기 가스를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 배기 가스에 의해서 필터 로드의 하위 세트의 외측 표면에 침착된 입자를 느슨하게 하기 위해서 한번에 필터 로드들의 하위 세트의 개방 상부 단부들 내로 가스를 송풍하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 필터 로드의 하위 세트의 외측 표면으로부터 느슨해진 입자를 배기 가스 통로 아래에 배열된 먼지 수집 공간 내에서 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 적어도 제1 촉매를 포함하는 물질이 코팅 또는 함침된 필터 로드를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 촉매는 배기 가스 내에 포함된 질소 산화물의 환원을 촉진하기 위한 환원 촉매일 수 있거나, 배기 가스 내에 포함된 탄화수소의 산화를 촉진하기 위한 산화 촉매일 수 있다.
방법은 필터링된 배기 가스에서 황 산화물을 정화하기 위해서 필터링된 배기 가스를 스크러버를 통해서 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 부가적으로/대안적으로, 방법은 필터링된 배기 가스로부터 열을 회수하기 위해서 필터링된 배기 가스를 보일러를 통해서 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 필터 로드의 재생을 위해서, 배기 가스 정화 시스템에 의해서 정화된 배기 가스 대신, 고온 가스를 배기 가스 통로 내로 때때로 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 정화 시스템의 용도는 선박에서 배기 가스를 정화하는 것이다.
본 발명에 따른 배기 가스 정화 시스템의 상이한 실시형태들의 전술한 장점들은 본 발명에 따른 배기 가스를 정화하기 위한 방법 및 용도의 상응하는 상이한 실시형태들에도 존재한다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 양태 및 장점은 이하의 구체적인 설명뿐만 아니라 도면으로부터 명확해질 것이다.
이제, 첨부된 개략적 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 정화 시스템 및 엔진을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 배기 가스 정화 시스템의 입자 필터 장치의 수직 횡단면을 개략적으로 도시한다.
도 3은 입자 필터 장치의 홀 판 바로 아래의 도 2의 입자 필터 장치의 수평 횡단면을 개략적으로 도시한다.
도 4a는 도 2 및 도 3의 입자 필터 장치의 천공 판의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 도 4a의 천공 판의 정면도를 개략적으로 도시한다.
도 4c는 도 4a의 천공 판의 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 4d는 도 4a의 천공 판의 저면도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 3과 동일한, 그러나 본 발명의 대안적인 실시형태에 따른 배기 가스 정화 시스템을 도시한다.
도 1은 선박(미도시)에 설치된 엔진(3)으로부터의 배기 가스에서 질소 산화물, 황 산화물, 탄화수소 및 미립자 성분, 예를 들어 블랙 카본을 정화하기 위해서 사용되는 배기 가스 정화 시스템(1)을 도시한다. 배기 가스 정화 시스템(1)은 요소 공급부(5), 고온 가스 공급부(7), 입자 필터 장치(9), 보일러(11), 및 스크러버(13)를 포함한다. 배기 가스 정화 시스템(1)의 제1 동작 모드에서, 엔진(3)으로부터 방출된 배기 가스가, 화살표(A1)에 의해서 도시된 바와 같이 대기로 방출되기 전에, 다시 입자 필터 장치(9), 보일러(11) 및 스크러버(13)를 통해서 공급되는 동안, 고온 가스 공급부(7)는 비활성화된다. 배기 가스가 입자 필터 장치(9)에 공급되기 전에, 요소 공급부(5)로부터의 요소가 배기 가스 내로 주입된다. 고온인 배기 가스 내로 주입될 때, 요소는 암모니아로 신속하게 분해된다. 입자 필터 장치(9)로부터 방출된 배기 가스는 배기 가스로부터의 열 회수를 위해서 보일러(11)를 통해서 공급된다. 회수된 열은 예를 들어 물을 가열하기 위해서 그리고 선박에서 필요로 하는 증기를 생산하기 위해서 사용될 수 있다. 배기 가스 열 회수 보일러의 설계 및 동작은 잘 알려져 있고 본원에서 설명하지 않을 것이다. 보일러(11)로부터 방출된 배기 가스는, 미립자 성분의 추가적인 제거를 위해서, 그러나 특히 배기 가스로부터 황 산화물을 제거하기 위해서 스크러버(13)를 통해서 공급된다. 스크러버는 개방 루프 유형 또는 폐쇄 루프 유형 또는 이들이 조합된 습식 스크러버일 수 있다. 배기 가스 스크러버의 설계 및 동작은 잘 알려져 있고 본원에서 설명하지 않을 것이다. 입자 필터 장치(9)를 통해서 공급된 배기 가스가 필터링되어 미립자 성분을 정화한다. 이러한 설명의 나머지는 입자 필터 장치(9) 및 그에 의해서 수행되는 방법에 초점을 맞출 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 입자 필터 장치(9)는 케이싱(15)을 포함하고, 케이싱은 배기 가스 수용 공간(17), 배기 가스 통로(19), 배기 가스 방출 공간(21) 및 먼지 수집 공간(23)을 형성한다. 먼지 수집 공간(23)을 형성하는 케이싱(15)의 부분은 스테인리스 강으로 제조되는 반면, 케이싱(15)의 나머지는 탄소 강으로 제조된다. 배기 가스 방출 공간(21)은 배기 가스 통로(19) 위에 배열되고, 먼지 수집 공간(23)은 배기 가스 통로(19) 아래에 배열된다. 또한, 입자 필터 장치(9)는 배기 가스 수용 공간(17)과 연통하는 배기 가스 유입구(25), 배기 가스 방출 공간(21)과 연통하는 배기 가스 배출구(27), 천공 판(29), 홀 판(31), 및 복수의 분리된 세장형 가스 투과성 중공형 세라믹 필터 로드 또는 파이프(33)를 포함한다.
먼지 수집 공간(23)은 깔때기 형상이고, 먼지 수집 공간(23)의 비움과 관련하여 그 하단부를 개방 및 폐쇄하기 위한 메커니즘(30)을 구비한다. 먼지 수집 공간(23)으로부터 비워진 재료, 여기에서 느슨해진 침착물은 먼지 수집 공간(23) 아래에 배열된 스테인리스 강 컨테이너(32) 내에 저장된다. 먼지 수집 공간(23)의 하단부에서 그리고 이어서 컨테이너(32) 내에서 느슨해진 침착물을 수집하는 것을 돕기 위해서, 입자 필터 장치는 먼지 수집 공간(23)의 외측에 배열된 해머 또는 진동기(34)를 더 포함한다.
배기 가스 유입구(25)는 필터 로드(33)의 각각의 상부 부분의 높이에서, 즉 천공 판(29)의 상부 절반체(36)(도 4b)의 연장부를 형성하는 2개의 가상의 분리된 수평 평면들(h1 및 h2) 사이에서, 케이싱(15)의 짧은 측면 부분(34) 내로 연장된다.
배기 가스 배출구(27)는 케이싱(15)의 짧은 측면 부분(38)의 외부로 연장되고, 이러한 측면 부분(38)은, 상부 가상 수평 평면(h2) 위의, 케이싱(15)의 측면 부분(34)에 대향된다.
천공 판(29) 및 도 3에서 대시-점-점 라인(dash-dot-dot line)으로 도시된 그 대향 가상 연장부(e)는 배기 가스 수용 공간(17)과 배기 가스 통로(19)를 분리하거나 그 사이의 경계를 형성한다. 도 3에서 명확한 바와 같이, 천공 판(29)은 전체를 통해서, 즉 케이싱(15)의 2개의 대향되는 수직의 긴 측면 부분들(35) 사이에서 횡방향으로 연장되지 않고, 그에 따라 배기 가스가 천공 판(29)과 케이싱(15)의 2개의 긴 측면 부분(35) 사이에서 유동할 수 있게 한다. 그러나, 도 2를 참조하면, 천공 판(29)은 전체를 통해서, 즉 케이싱(15)의 상단 부분(37) 및 하단 부분(39)의 각각의 사이에서 길이방향으로 연장되고, 그에 따라 배기 가스가 천공 판(29)과 케이싱(15)의 상단 및 하단 부분(37 및 39) 사이에서 유동하는 것을 방지한다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 천공 판(29)은 배기 가스가 배기 가스 유동 경로(P)(도 2)를 따라 천공 판(29)을 통해서 유동할 수 있게 허용하도록 배열된 복수의 원형 개구부(41)를 포함한다. 천공 판(29)은 스테인리스 강으로 이루어지고, 대향되는 하향 연장 길이방향 제1 및 제2 외부 측면 섹션(43 및 45) 및 횡방향 외부 하부 섹션(44)을 포함한다. 외부 하부 섹션(44)은 사다리꼴 형상을 가지고, 필터 로드(33)를 향하는 방향으로 수평 축(H1)을 중심으로 접혀진다. 제1 및 제2 외부 측면 섹션(43 및 45)의 각각의 직사각형 상부 부분(43u 및 45u)은 필터 로드(33)를 향해서 그리고 각각의 수직 축(V1 및 V2) 주위에서 서로 접히는 한편, 제1 및 제2 외부 측면 섹션(43 및 45)의 각각의 하부 부분(43l 및 45l)은 각각의 경사진 축(I1 및 I2)의 주위에서 서로를 향해서 접힌다. 그에 의해서, 천공 판(29)은 홈통 형상을 가질 것이고, 이러한 홈통 형상은, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 배기 가스 통로(19) 내에서 더 균일한 배기 가스 분배를 촉진할 것이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 천공 판(29)은 세장형 플랜지 형태의 2개의 외부 판 보강 돌출부(46a) 및 4개의 내부 판 보강 돌출부(46b)를 구비한다. 외부 및 내부 판 보강 돌출부(46a 및 46b)는 필터 로드(33)에 대면되도록 배열된 천공 판(29)의 표면(48)에 용접되고, 이들은 필터 로드(33)를 향하는 방향으로 본질적으로 수평으로 연장된다. 외부 판 보강 돌출부(46a)는 천공 판(29)의 각각의 긴 측면(52)을 따라서 연장되고 그 외부 연부(50)로부터 돌출된다. 내부 판 보강 돌출부(46b)는 외부 판 보강 돌출부들(46a) 사이에서 교차부(cross)를 형성한다.
도 2를 참조하면, 홀 판(31)은 배기 가스 통로(19)를 배기 가스 방출 공간(21)으로부터 분리한다. 홀 판(31)은, 천공 판(29)의 개구부(41)보다 더 큰 복수의 원형 홀(47)을 형성한다. 필터 로드(33)는 수직으로 그리고 서로를 따라서 연장된다. 필터 로드(33)의 각각은 원형 횡단면, 개방 상부 단부(49) 및 폐쇄 하부 단부(51)를 갖는다. 각각의 필터 로드(33)의 상부 단부(49)에서 그리고 그 주위에서, 필터 로드 벽(53)의 두께가 국소적으로 증가되어, 홀(47)의 직경을 초과하는 외경을 갖는 플랜지(55)를 형성한다. 필터 로드의 대부분이 배기 가스 통로(19) 내에서 연장되도록 그리고 필터 로드의 플랜지(45)가 배기 가스 방출 공간(21) 내에 배열되도록, 필터 로드(33)의 각각이 홀 판(31)의 홀(47)의 각각의 하나를 통해서 연장된다. 따라서, 필터 로드(33)는 배기 가스 방출 공간(21) 내로 방출된다. 필터 로드(33)는 산화 촉매 및 환원 촉매를 포함하는 물질로 함침된다. 여기에서, 산화 촉매는 팔라듐 또는 백금과 같은 귀금속을 기초로 하나, 임의의 적합한 산화 촉매가 생각될 수 있다. 유사하게, 여기에서 환원 촉매는 이산화티탄과 조합된 바나듐 펜톡사이드를 기초로 하나, 임의의 적합한 환원 촉매가 생각될 수 있다.
도 3을 참조하면, 필터 로드(33)는 특정 패턴으로 배열된다. 보다 특히, 이들은 배기 가스 통로(19)의 수평 중앙 축(C)의 대향 측면들 상에 배열된 필터 로드의 제1 및 제2 그룹(57 및 59)으로 분할된다. 도 3에서, 수평 중앙 축(C)의 각각의 측면에 4개씩의 행, 총 8개의 필터 로드(33)의 행이 도시되어 있고, 각각의 행은 9개의 필터 로드(33)를 포함한다. 그러나, 필터 로드 행의 수, 및 각각의 행 내의 필터 로드의 수가 무수히 다양할 수 있다. 제1 및 제2 그룹(57 및 59)의 하나의 그리고 동일한 그룹 내의 필터 로드들(33)은 제1 그룹(57) 내의 필터 로드(33) 중 하나 및 제2 그룹(59) 내의 필터 로드(33) 중 하나 보다 더 근접하여 배열된다. 그에 의해서, 중간 분배 채널(61)이 필터 로드(33)의 제1 그룹(57)과 제2 그룹(59) 사이에 형성되고, 이러한 중간 분배 채널(61)은 천공 판(29) 및 배기 가스 유입구(25)로부터의 방향으로 천공 판(29)의 중심으로부터 연장된다. 또한, 제1 및 제2 그룹(57 및 59)의 하나의 그리고 동일한 그룹 내의 필터 로드들(33)은 제1 그룹(57) 내의 필터 로드(33) 중 외부 필터 로드(33a) 또는 제2 그룹(59) 내의 필터 로드(33) 중 외부 필터 로드(33b), 그리고 케이싱(15) 보다 근접하여 배열된다. 그에 의해서, 제1 외부 분배 채널(63)이 필터 로드(33)의 제1 그룹(57)과 케이싱(15) 사이에 형성되는 한편, 제2 외부 분배 채널(65)은 필터 로드(33)의 제2 그룹(59)과 케이싱(15) 사이에 형성된다. 제1 및 제2 외부 분배 채널(63 및 65)은 천공 판(29) 및 배기 가스 유입구(25)로부터의 방향으로, 보다 특히 중간 분배 채널(61) 및 배기 가스 통로(19)의 수평 중심 축(C)에 본질적으로 평행하게 연장된다.
엔진(3)으로부터의 배기 가스를 정화하기 위한 방법이 배기 가스 정화 시스템(1)에 의해서 수행된다. 전술한 바와 같이, 도 1을 참조하면, 배기 가스 정화 시스템(1)의 제1 동작 모드에서, 엔진(3)으로부터 방출된 배기 가스는, 대기로 방출되기 전에, 다시 입자 필터 장치(9), 보일러(11) 및 스크러버(13)를 통해서 공급된다. 입자 필터 장치(9) 및 도 2를 참조하면, 엔진(3)으로부터의 배기 가스는, 배기 가스 유입구(25)를 통해서, 즉 필터 로드(33)의 각각의 상부 부분의 높이에서, 케이싱(15) 내로, 보다 특히 배기 가스 수용 공간(17) 내로 공급된다. 이어서, 배기 가스는 천공판의 개구부(41)를 통해 천공 판(29)을 지나서, 그리고 천공 판(29)과 케이싱(15)(도 3)의 2개의 긴 측면 부분(35) 사이의 통로를 통해서, 배기 가스 통로(19) 내로, 그리고 특히 필터 로드(33)에 의해서 내부에 형성된 중간 그리고 제1 및 제2 외부 분배 채널(61, 63 및 65) 내로 공급된다. 채널(61, 63 및 65)을 통해서 이송되는 배기 가스는 결과적으로 필터 로드(33)의 그룹(57 및 59) 내로 강제되는데, 이는 필터 로드 그룹(57 및 59) 내의 낮은 배기 가스 압력 때문이다. 천공 판(29)의 존재 및 설계는 배기 가스 통로(19) 내의 배기 가스의 보다 균일한 분배를 촉진한다. 특히, 접힌 제1 및 제2 외부 측면 섹션(43 및 45)의 각각은 필터 로드(33)를 향하는 배기 가스의 안내를 가능하게 한다.
배기 가스 통로(19) 내에서, 배기 가스는 필터 로드(33) 주위에서 확산된다. 중간 그리고 제1 및 제2 외부 분배 채널(61, 63 및 65)은 배기 가스를 천공 판(29)으로부터 멀리 그리고 배기 가스 유입구(25)로부터 가장 먼 거리에 배열된 필터 로드(33)를 향해서 이송하는 것을 보조한다. 배기 가스 유입구(25)가 필터 로드(33)의 각각의 상부 부분과 동일한 높이에 배열되기 때문에, 배기 가스 통로(19) 내의 배기 가스 밀도는 홀 판(31)으로부터 더 먼 것보다 홀 판(31)에 더 근접할수록 더 높을 것이고, 배기 가스 통로(19) 내에서 상향 지향된 배기 가스 유동이 최소화될 것이다.
배기 가스 통로(19) 내에서, 배기 가스는 필터 로드(33)의 벽(53)을 침투하는 것에 의해서 필터링되고, 그에 의해서 필터링된 배기 가스가 필터 로드(33) 내에 수용되고, 그을음 및 미립자 성분은 필터 로드(33)의 외측 표면(56) 상에 침착된다. 필터 로드(33)의 외측 표면(56) 상의 침착물이 점진적으로 증가되고, 배기 가스 밀도가 홀 판(31)에 더 근접할수록 더 높기 때문에, 침착물의 양 또한 증가된다. 그에 의해서, 배기 가스 통로(19) 내의 배기 가스는 필터 로드 벽(53)의 침투를 위해서 점진적으로 아래쪽으로 강제된다. 전술한 바와 같이, 필터 로드(33)는 산화 촉매 및 환원 촉매를 포함하는 물질로 함침된다. 그에 따라, 배기 가스가 필터 로드(33)와 접촉될 때, 배기 가스 내에 포함된 질소 산화물은, 환원 촉매의 존재 하에서, 또한 배기 가스 내에 포함되고 전술한 요소의 분해로부터 초래된 암모니아와 반응하고, 이는 질소 산화물이 질소 및 물로 분해되는 결과를 초래한다. 또한, 배기 가스 내에 포함된 탄화수소가 전체 그을음 매스(soot mass)의 환원 및 필터 로드(33)의 재생을 위해서 산화 촉매의 존재 하에서 연소된다.
질소 산화물 및 탄화수소가 정화된 필터링된 배기 가스가 필터 로드(33) 내에서 위쪽으로 이송되고, 필터 로드(33)의 개방 상부 단부(49)를 통해서 배기 가스 방출 공간(21) 내로 방출된다. 그 후에, 이는 배기 가스 배출구(27)를 통해서 입자 필터 장치(9)를 빠져 나간다.
따라서, 제1 동작 모드에서의 배기 가스 정화 시스템(1)의 동작 중에, 그을음 및 미립자 성분 침착물이 필터 로드(33)의 외측 표면(56) 상에 점진적으로 축적된다. 이러한 침착물은 결국 입자 필터 장치(9)의 오기능을 유발할 수 있고, 그에 의해서 두꺼워지기 전에 제거되어야 한다. 이를 고려하여, 도 2를 참조하면, 입자 필터 장치(9)는 배기 가스 방출 공간(21) 내에, 즉 배기 가스 통로(19) 및 필터 로드(33)의 위에 배열된 그을음 송풍 기구(67)를 더 포함한다. 그을음 송풍 기구(67)는 필터 로드(33)의 8개의 행의 각각의 하나에 대해서 하나의 가스 파이프(69)를 포함하고, 이러한 가스 파이프(69)는 필터 로드(33)의 각각의 행에 평행하게 연장된다. 또한, 가스 파이프(69)의 각각은 필터 로드(33)의 각각의 행 내의 9개의 필터 로드(33)의 각각의 하나에 대한 하나의 노즐(71)을 구비한다. 보다 특히, 각각의 노즐(71)은 필터 로드(33)의 각각의 하나와 정렬되고 가스를 송풍하도록 배열되며, 가스는 각각의 가스 파이프(69)를 통해서 각각의 필터 로드(33)의 개방 상부 단부(49) 내로 공급된다. 가스는, 도면에 도시되지 않고 본원에서 더 설명되지 않는 기구에 의해서 가스 파이프(69)에 공급된다.
그을음 송풍 기구(67)는 입자 필터 장치(9) 내의 배압의 변화에 응답하여 동작된다. 보다 특히, 입자 필터 장치(9)는 배기 가스 통로(19) 내에 배열된 제1 압력 센서(미도시) 및 배기 가스 방출 공간(21) 내에 배열된 제2 압력 센서(미도시)를 포함한다. 제1 및 제2 압력 센서들에 의해서 측정된 압력들 사이의 차이가 미리 결정된 임계값을 초과할 때, 이는, 필터 로드(33)의 외측 표면(56) 상의 그을음 및 미립자 성분 침착물이 너무 두꺼워 지기 시작하였다는 것 그리고 그을음 송풍 기구(67)가 동작되어야 한다는 것을 나타낸다. 이어서, 가압 가스, 예를 들어 공기의 짧은 폭발이, 한 번에 하나의 가스 파이프(69)를 통해서, 가스 파이프(69)를 통해 공급된다. 가압 가스가 노즐(71)로부터 상응 필터 로드(33) 내로 분사되어, 필터 로드(33)의 외측 표면(56)으로부터의 침착물의 느슨해짐을 유발하는 충격파를 생성한다. 그을음 송풍 동작이 한 번에 필터 로드(33)의 하나의 행에 대해서, 즉, 그 하위 세트에 대해서만 이루어지기 때문에, 입자 필터 장치(9)의 차단을 필요로 하지 않고, 입자 필터 장치는 그 동안 정상적으로 동작될 수 있다. 느슨해진 침착물은 중력에 의해서 하향 낙하되는데, 이는 배기 가스 통로(19) 내의 상향 지향 배기 가스 유동의 최소화로 인해서 가능하다. 결국, 느슨해진 침착물은 먼지 수집 공간(23) 내로 가게 된다. 먼지 수집 공간(23)을 형성하는 케이싱(15)의 일부가 비교적 양호한 "활주" 특성을 가지는 스테인리스 강으로 제조되기 때문에, 먼지 수집 공간(23)의 하단부에서의 침착물의 수집이 촉진된다. 또한, 먼지 수집 공간(23)의 외측부 상의 해머 또는 진동기(34)의 제공은 먼지 수집 공간 하단부에서 침착물을 수집하는 것을 돕는다. 먼지 수집 공간(23)을 비울 필요가 있을 때, 메커니즘(30)이 동작되고 침착물은 컨테이너(32)로부터 방출된다.
따라서, 배기 가스 정화 시스템(1)의 제1 동작 모드에서, 질소 산화물 및 탄화수소, 그리고 최종적으로 또한 황 산화물과 함께, 그을음 및 미립자 성분을 배기 가스로부터 제거하기 위해서, 엔진(3)으로부터의 배기 가스가 입자 필터 장치(9), 보일러(11) 및 스크러버(13)를 통해서 공급된다. 전술한 바와 같이, 제1 동작 모드에서의 배기 가스 시스템(1)의 동작 중에, 배기 가스로부터의 그을음 및 미립자 성분이 필터 로드(33)의 외측 표면(56)에 부착된다. 입자 필터 장치(9) 내의 배압이 너무 높을 때, 그을음 송풍 기구(67)가 동작되고 가스가, 하나의 필터 로드 행마다 차례로, 필터 로드(33) 내로 주입된다. 그에 의해서, 그을음 및 미립자 성분이 필터 로드(33)로부터 벗겨진다. 그러나, 배기 가스 시스템(1)의 적절한 동작을 보장하기 위해서, 입자 필터 장치(9)의 부가적인 더 깊은 세정이 때때로 이루어질 필요가 있을 수 있다.
전술한 내용을 고려하면, 배기 가스 시스템(1)은 또한 제2 동작 모드에서의 동작을 위해서 배열된다. 제2 동작 모드에서, 도 1을 참조하면, 엔진(3)으로부터 입자 필터 장치(9)로의 배기 가스 유동은 요소 공급부(5)로부터의 요소 유동과 마찬가지로 차단된다. 그 대신, 고온 가스 공급부(7)가 활성화되고 고온 가스를 입자 필터 장치(9)를 통해서 송풍한다. 고온 가스 공급부(7)는 가스를 가열하기 위한 전기 가열기를 포함할 수 있다. 고온 가스는 버너 또는 엔진 자체로부터, 가능하게는 터보차저 이전으로부터 기원할 수 있다. 고온 가스는, 구체적으로 전술한, 배기 가스와 동일한 방식으로 입자 필터 장치(9)를 통해서 유동한다. 입자 필터 장치(9)로부터의 방출 후에, 고온 가스는 화살표(A2)에 의해서 도시된 바와 같이 배기 가스 시스템(1)으로부터 방출되거나, 보일러(11) 그리고 또한 가능하게는 스크러버(13)를 통해서 공급된다. 배기 가스 통로(19) 내에서, 고온 가스는, 필터 로드(33)의 벽(53)에 그리고 그 내부에 남아 있는 탄화수소를 집중적으로 연소시켜 필터 로드(33)의 재생을 촉진한다. 집중적인 열 재생 후에, 배기 가스 시스템(1)은 다시 제1 동작 모드를 위해서 준비된다. 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 사이의 스위칭은 자동적으로 또는 수동적으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배기 가스 정화 시스템의 입자 필터 장치(9)를 도시한다. 이러한 입자 필터 장치(9)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 입자 필터 장치(9)와 매우 유사하고, 이하에서는, 주로 상이한 특징을 설명할 것이다.
필터 로드들(33)은 특정 패턴으로 배열된다. 보다 특히, 이들은 필터 로드의 제1, 제2 및 제3 그룹(57, 59 및 62)으로 분할된다. 제3 그룹(62)은 배기 가스 통로(19) 내의 중앙에 배열되는 한편, 제1 및 제2 그룹(57 및 59)은 제3 그룹(62)의 대향 측면들 상에 배열된다. 도 5에서, 각각의 그룹 내에 4개의 행씩, 총 12개의 필터 로드(33)의 행이 도시되어 있고, 각각의 행은 9개의 필터 로드(33)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 그룹(57, 59 및 62) 중 하나의 그리고 동일한 그룹 내의 필터 로드들(33)은 그룹들 중 다른 그룹들 내의 2개의 필터 로드들(33)보다 더 근접하여 배열된다. 그에 의해서, 중간 분배 채널(61a)이 필터 로드(33)의 제1 및 제3 그룹들(57 및 62) 사이에 형성되고, 중간 분배 채널(61b)이 필터 로드(33)의 제2 및 제3 그룹들(59 및 62) 사이에 형성되며, 이러한 중간 분배 채널(61a 및 61b)은 천공 판(29)으로부터의 방향으로 연장된다. 도 3에 도시된 입자 필터 장치(9)와 유사하게, 도 5에 도시된 입자 필터 장치(9)의 필터 로드(33) 및 케이싱(15)은 제1 및 제2 외부 분배 채널(63 및 65)을 형성한다.
도 3을 참조하여 전술한 것과 마찬가지로, 중간 그리고 제1 및 제2 외부 분배 채널(61a, 61b, 63 및 65)은, 배기 가스 통로(19) 내에서 더 균일한 배기 가스 분배를 촉진하기 위해서, 필터 로드(33)의 그룹(57, 59 및 62) 내로 강제되기 전에 배기 가스를 이송하도록 배열된다. 배기 가스를 중간 그리고 제1 및 제2 외부 분배 채널(61a, 61b, 63 및 65)의 전부 내로 안내하기 위해서, 천공 판(29)은 천공 판(29)에 용접된 세장형 판 또는 플랜지 형태의 많은 수의 안내 베인(64)을 포함한다. 안내 베인(64)은, 배기 가스를 특히 중간 분배 채널(61a 및 61b) 내로 안내하도록, 천공 판(29)의 수직 방향과 관련하여 각도를 형성한다. 안내 베인(64)이 천공 판(29)의 전체 길이방향 연장부를 따라서 또는 그 일부만을 따라서 연장될 수 있고, 그 설계, 개수, 및 위치는, 천공 판(29)의 크기 및 중간 분배 채널의 수와 같은 해당 상황에 따라 달라질 수 있다. 안내 베인(64)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 필터 로드(33)로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 천공 판(29)의 측면 상에 및/또는 필터 로드(33)에 대면되는 천공 판(29)의 측면 상에 배열될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 안내 베인(64)의 주 목적은 필터 로드(33) 주위에서 배기 가스의 더 균일한 분배를 촉진하는 것이고, 그에 따라 배기 가스 필터 장치(9)의 성능 및 기능을 개선하는 것이다. 안내 베인(64)의 다른 목적은 천공 판의 견고성을 증가시키는 것이다.
본 발명의 전술한 실시형태는 단지 예로서 간주되어야 한다. 당업자는, 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고도, 설명된 실시형태가 많은 방식으로 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예로서, 그을음 송풍 기구는 한 번에 단지 하나의 필터 로드의 행 내로 가스를 송풍하도록 배열될 필요가 없다. 대안적인 실시형태에 따라, 그 대신, 그을음 송풍 기구는 동시에 모든 필터 로드 내로 가스를 송풍하도록 배열된다. 그러한 실시형태는 입자 필터 장치를 통한 배기 가스 공급의 중단을 필요로 할 수 있고, 이는 다시 입자 필터 장치의 배기 가스 유입구 및/또는 배기 가스 배출구에서 밸브를 필요로 할 수 있다. 또한, 그러한 실시형태에서, 다수의 입자 필터 장치를 가지는 것이 적합할 수 있고, 그러한 입자 필터 장치 중 하나가 배기 가스 정화를 위해서 항상 이용될 수 있다.
100 mm 이상의 직경과 같은, 더 큰 직경을 갖는 필터 로드와 특히 관련된 다른 예로서, 필터 로드의 상부 개방 단부가 벤투리 유입구를 구비할 수 있다. 벤투리는 그을음 송풍 중에 여분의 가스를 필터 로드 내로 끌어 들일 수 있고 그에 의해서 필터 로드 내에 더 강력한 충격파를 생성할 수 있다. 동시에, 덜 가압된 가스의 이용 가능성이 제공된다.
또 다른 예로서, 그을음 송풍 기구가 필터 로드의 각각의 행을 위해서 하나의 가스 파이프 및 노즐의 하나의 세트를 포함할 필요가 있는 것은 아니다. 그러한 실시형태에서, 노즐과 연관된 하나 이상의 가스 파이프가 이동 가능하고 가스를 필터 로드의 행 중 하나 초과의 필터 로드 행의 필터 로드 내로 송풍할 수 있다.
또한, 그을음 송풍 기구가 임의의 노즐을 포함할 필요가 있는 것은 아니다. 그 대신, 가스는 파이프/파이프들 내의 홀로부터 직접적으로 분사될 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서, 그을음 송풍 기구는, 제1 및 제2 압력 센서에 의해서 측정된 압력들 사이의 차이가 미리 결정된 임계값을 초과할 때, 동작된다. 대안적인 실시형태에서, 그을음 송풍 기구는 그 대신 미리 결정된 시간 간격으로 동작될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에서, 그을음 송풍 기구는, 상기 미리 결정된 임계값을 초과하지 않는 한, 미리 결정된 시간 간격으로 동작될 수 있고, 이는 2개의 연속적인 동작들 사이의 시간을 단축할 수 있다.
당연히, 보일러 및/또는 스크러버는 본 발명에 따른 배기 가스 정화 시스템 에서 생략될 수 있다. 예로서, 엔진에 저황 연료가 연료로 공급되는 경우에, 이는 스크러버를 생략할 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 시스템은, 입자 필터 장치의 배기 가스 통로 내에서, 질소 산화물의 질소 및 물로의 변환 및/또는 탄화수소의 산화를 증가시키기 위해서 배기 가스가 입자 필터 장치에 공급되기 전에 배기 가스를 가열하기 위한 전기 가열기와 같은 가열 장치를 포함할 수 있다. 이러한 가열 장치는, 배기 가스 정화 시스템의 제2 동작 모드에서 활성적인 고온 가스 공급부를 위한 고온 가스를 생성하기 위해서 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 시스템은 입자 필터 장치에 의해서 유발된 배압을 극복하기 위한 그리고 배기 가스를 입자 필터 장치를 통해서 끌어 들이기 위한 통풍 팬을 포함하고, 이러한 팬은 입자 필터 장치의 전에 또는 후에 배열될 수 있다.
최종 예로서, 배기 가스가 입자 필터 장치에 공급되기 전에, 요소 대신 암모니아가 배기 가스 내로 주입될 수 있다.
제1, 제2, 및 제3 등의 속성은 단지 구분하기 위해서 사용된 것이고, 어떠한 종류의 특정 순서를 나타내기 위한 것이 아님에 주목하여야 한다.
본 발명과 관련되지 않은 상세한 부분에 관한 설명이 생략되었다는 것, 그리고 도면이 단지 개략적이고 단순화되었고 실제 축척에 따라 도시된 것이 아니라는 것에 주목하여야 한다. 따라서, 파이프, 밸브, 센서, 펌프 등과 같이, 본 발명을 실현하는데 필요한 모든 구성요소가 도면에 도시된 것이 아니고 문장으로 설명된 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 입자 필터 장치(9)를 포함하는 배기 가스를 정화하기 위한 개선된 배기 가스 정화 시스템(1)이며, 상기 입자 필터 장치(9)는 다시
    케이싱(15),
    적어도 부분적으로 상기 케이싱(15)의 배기 가스 통로(19) 내에 배열되고 본질적으로 수직으로 그리고 서로를 따라서 길이방향으로 연장되는 복수의 중공형 세라믹 필터 로드(33),
    배기 가스가 상기 배기 가스 통로(19)의 상류에서 상기 케이싱(15) 내로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 배기 가스 유입구(25), 및
    배기 가스가 상기 배기 가스 통로(19)의 하류에서 상기 케이싱(15)의 외부로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 배기 가스 배출구(27)를 포함하고,
    상기 입자 필터 장치(9)는 배기 가스를 상기 배기 가스 유입구(25)로부터, 상기 배기 가스 통로(19)를 통해서, 그리고 배기 가스 배출구(27)로 안내하도록 구성되고, 상기 입자 필터 장치(9)는
    상기 배기 가스 유입구(25)의 하류 및 상기 배기 가스 통로(19)의 상류에 배열된 천공 판(29)을 더 포함하고, 상기 천공 판(29)은 적어도 부분적으로 상기 필터 로드(33)를 따라서 연장되고 상기 배기 가스 유입구(25)로부터 상기 배기 가스 통로(19)로의 배기 가스 유동 경로(P)를 부분적으로 차단하며,
    상기 천공 판(29)은, 배기 가스가 상기 배기 가스 통로(19) 내로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 개구부(41)를 형성하고, 상기 필터 로드(33)는 가스 투과적이고, 그에 따라 배기 가스가, 여과 중에, 상기 필터 로드(33)의 각각의 벽(53)에 침투할 수 있게 하고 상기 필터 로드(33) 내로 유동할 수 있게 하며, 상기 필터 로드(33)의 각각의 개방 상부 단부(49)가 상기 배기 가스 배출구(27)와 연통되고, 그에 따라 배기 가스가 상기 케이싱(15)을 빠져 나갈 수 있게 하는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 천공 판(29)은 대향되는 제1 및 제2 외부 측면 섹션들(43, 45)을 포함하고, 상기 제1 외부 측면 섹션(43)의 적어도 일부(43u)는 상기 필터 로드(33)를 향하는 방향으로 수직 축(V1) 주위에서 굽혀지는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 천공 판(29)은 외부 하부 섹션(44)을 포함하고, 상기 외부 하부 섹션(44)의 적어도 일부는 상기 필터 로드(33)를 향하는 방향으로 수평 축(H1) 주위에서 굽혀지는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 천공 판(29)으로부터 상기 필터 로드(33)를 향해서 연장되는 세장형 판 보강 돌출부(46a, 46b)를 더 포함하는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필터 로드들(33)이 1을 초과하는 수(n)의 그룹(57, 59, 62)으로 분할되고, 각각의 상기 그룹(57, 59, 62) 내의 적어도 대부분의 필터 로드(33)들 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 미만이고, 상기 그룹(57, 59, 62) 중 2개의 인접한 그룹들의 필터 로드들(33) 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 초과이며, 그에 따라 n-1개의 중간 분배 채널(61, 61a, 61b)을 형성하고, 상기 중간 분배 채널(61, 61a, 61b)의 각각은 상기 그룹(57, 59, 62) 중 2개의 인접한 그룹들 사이에서 연장되는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중간 분배 채널(61, 61a, 61b)의 적어도 하나가 상기 천공 판(29)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기 가스 유입구(25)는, 상기 천공 판(29)의 상부 절반체(36)의 연장부를 형성하는 2개의 가상의 분리된 수평 평면들(h1, h2) 사이에 배열되는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입자 필터 장치(9)는, 배기 가스에 의해서 상기 필터 로드(33)의 하위 세트의 외측 표면(56)에 침착된 입자를 느슨하게 하기 위해서 한 번에 필터 로드들(33)의 하위 세트의 개방 상부 단부들(49) 내로 가스를 송풍하도록 배열된 그을음 송풍 기구(67)를 포함하는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필터 로드(33)는 적어도 제1 촉매를 포함하는 물질로 함침되는, 배기 가스 정화 시스템(1).
  10. 입자 필터 장치(9)로 배기 가스를 정화하기 위한 방법이며, 상기 입자 필터 장치(9)는
    케이싱(15),
    적어도 부분적으로 상기 케이싱(15)의 배기 가스 통로(19) 내에 배열되고 본질적으로 수직으로 그리고 서로를 따라서 길이방향으로 연장되는 복수의 중공형 세라믹 가스 투과성 필터 로드(33),
    배기 가스가 상기 배기 가스 통로의 상류에서 상기 케이싱(15) 내로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 배기 가스 유입구(25),
    배기 가스가 상기 배기 가스 통로(19)의 하류에서 상기 케이싱(15)의 외부로 유동하는 것을 허용하도록 배열된 배기 가스 배출구(27), 및
    상기 배기 가스 유입구(25)의 하류 및 상기 배기 가스 통로(19)의 상류에 배열된 천공 판(29)으로서, 상기 천공 판(29)은 적어도 부분적으로 상기 필터 로드(33)를 따라서 연장되고 상기 배기 가스 유입구(25)로부터 상기 배기 가스 통로(19)로의 배기 가스 유동 경로(P)를 부분적으로 차단하는, 천공 판(29)을 포함하고,
    방법은
    배기 가스를 상기 케이싱(15) 내로 공급하는 단계,
    배기 가스를 상기 천공 판(29)의 개구부(41)를 통해서 상기 배기 가스 통로(19) 내로 공급하는 단계,
    배기 가스가 상기 필터 로드(33)의 각각의 벽(53)을 침투하고 상기 필터 로드(33) 내로 유동할 수 있게 하는 것에 의해서 배기 가스를 필터링하는 단계,
    배기 가스를 상기 필터 로드(33)의 각각의 개방 상부 단부(49)를 통해서 방출하는 단계, 및
    배기 가스를 상기 케이싱(15)의 외부로 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 천공 판(29)의 대향되는 제1 및 제2 외부 측면 섹션들(43, 45)을 이용하여 배기 가스를 상기 케이싱(15) 내로 안내하는 단계를 포함하고, 상기 제1 외부 측면 섹션(43)의 적어도 일부(43u)는 상기 필터 로드(33)를 향하는 방향으로 수직 축(V1) 주위에서 굽혀지는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 천공 판(29)의 외부 하부 섹션(44)을 이용하여 배기 가스를 상기 케이싱(15) 내로 안내하는 단계를 포함하고, 상기 외부 하부 섹션(44)의 적어도 일부는 상기 필터 로드(33)를 향하는 방향으로 수평 축(H1) 주위에서 굽혀지는, 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    배기 가스를 상기 배기 가스 통로(19) 내에 형성된 n-1개의 중간 분배 채널(61, 61a, 61b) 내로 공급하는 단계를 포함하고, 상기 필터 로드들(33)은 1을 초과하는 수(n)의 그룹(57, 59, 62)으로 분할되고, 각각의 상기 그룹(57, 59, 62) 내의 적어도 대부분의 필터 로드(33)들 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 미만이고, 상기 그룹(57, 59, 62) 중 2개의 인접한 그룹들의 필터 로드들(33) 중 인접한 필터 로드들 사이의 거리는 x 초과이며, 그에 따라 n-1개의 중간 분배 채널(61, 61a, 61b)을 형성하고, 상기 중간 분배 채널(61, 61a, 61b)의 각각은 상기 그룹(57, 59, 62) 중 2개의 인접한 그룹들 사이에서 연장되는, 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    배기 가스를 상기 천공 판(29)의 상부 절반체(36)의 연장부를 형성하는 2개의 분리된 수평 평면들(h1, h2) 사이에서 케이싱(15) 내로 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 배기 가스에 의해서 상기 필터 로드(33)의 하위 세트의 외측 표면(56)에 침착된 입자를 느슨하게 하기 위해서 한 번에 필터 로드들(33)의 하위 세트의 개방 상부 단부들(49) 내로 가스를 송풍하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    적어도 제1 촉매를 포함하는 물질의 함침을 상기 필터 로드(33)에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    배기 가스 정화 시스템은 선박에서 배기 가스를 정화하기 위해 사용되는, 배기 가스 정화 시스템(1).
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