知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ サムスン ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-10
(54)【発明の名称】排気管装置およびそれを含む船舶
(51)【国際特許分類】
F01N 13/08 20100101AFI20221102BHJP
F01N 5/02 20060101ALI20221102BHJP
F01N 5/04 20060101ALI20221102BHJP
B01D 53/92 20060101ALI20221102BHJP
B63H 21/32 20060101ALI20221102BHJP
【ＦＩ】
F01N13/08 B
F01N5/02 J
F01N5/04 Z
F01N5/02 A
F01N13/08 Z
B01D53/92 240
B01D53/92 ZAB
B01D53/92 331
B63H21/32 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022514825
(86)(22)【出願日】2020-08-28
(85)【翻訳文提出日】2022-03-04
(86)【国際出願番号】 KR2020011571
(87)【国際公開番号】W WO2021045455
(87)【国際公開日】2021-03-11
(31)【優先権主張番号】10-2019-0110767
(32)【優先日】2019-09-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514250621
【氏名又は名称】サムスン ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ソン，ヨンウク
(72)【発明者】
【氏名】キム，ジェグワン
(72)【発明者】
【氏名】ソン，ムン－ホ
(72)【発明者】
【氏名】リ，スンジェ
【テーマコード（参考）】
3G004
4D002
【Ｆターム（参考）】
3G004AA05
3G004BA06
3G004BA09
3G004DA03
3G004DA24
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA02
4D002BA16
4D002DA07
4D002DA31
4D002EA01
4D002EA02
4D002EA05
4D002EA08
4D002FA01
4D002GA01
4D002GB02
4D002GB03
4D002HA08
(57)【要約】
本発明の一実施例によって排気管装置が提供される。本発明の一実施例に係る排気管装置は、燃焼機関で排出する排気ガスを直接外部に排出する第１排気管と、第１排気管と並列に連結され、一側に分岐管が連結されて排気ガスを直接外部に排出するか分岐管を通じて排出する第２排気管、および第２排気管に設置されて直接外部に排出されるか分岐管を通じて排出される排気ガスの流動を制御する第１ダンパー部を含むことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
船舶の燃焼機関で排出する排気ガスを直接外部に排出する第１排気管；前記第１排気管と並列に連結され、一側に分岐管が連結されて前記排気ガスを直接外部に排出するか前記分岐管を通じて排出する第２排気管、および
前記第２排気管に設置されて直接外部に排出されるか前記分岐管を通じて排出される前記排気ガスの流動を制御する第１ダンパー部を含む、排気管装置。
【請求項2】
前記第１排気管と前記第２排気管は一体からなる排気管の内部が区画されて形成された、請求項１に記載の排気管装置。
【請求項3】
前記第１排気管に設置され、前記排気ガスと熱交換してスチームを生成する第１エコノマイザをさらに含むものの、前記分岐管に排出された前記排気ガスと、前記スチームは二酸化炭素捕集装置に供給される、請求項１に記載の排気管装置。
【請求項4】
前記第１排気管と前記第２排気管のうち少なくとも一つに設置されて前記第１排気管と前記第２排気管を通じて排出される前記排気ガスの流動量を調節する第２ダンパー部をさらに含む、請求項１に記載の排気管装置。
【請求項5】
前記第２ダンパー部前端の前記第１排気管と前記第２排気管の間、または前記第２ダンパー部と前記第１ダンパー部の間の前記第１排気管と前記第２排気管の間のうち少なくとも一つに設置され、前記排気ガスと熱交換して第１補助スチームを生成する第２エコノマイザをさらに含むものの、前記第１補助スチームは二酸化炭素捕集装置に供給される、請求項４に記載の排気管装置。
【請求項6】
前記第１ダンパー部後端の前記第２排気管に設置され、前記排気ガスと熱交換して第２補助スチームを生成する第３エコノマイザをさらに含む、請求項３に記載の排気管装置。
【請求項7】
船体；前記船体に設置された燃焼機関で排出する排気ガスを直接外部に排出する第１排気管；
前記第１排気管と並列に連結され、一側に分岐管が連結されて前記排気ガスを直接外部に排出するか前記分岐管を通じて排出する第２排気管；
前記第２排気管に設置されて直接外部に排出されるか前記分岐管を通じて排出される前記排気ガスの流動を制御する第１ダンパー部；
前記第１排気管に設置され、前記排気ガスと熱交換してスチームを生成する第１エコノマイザ、および
前記分岐管に排出された前記排気ガスと、前記スチームの供給を受けて前記排気ガスに含まれた二酸化炭素を除去する二酸化炭素捕集装置を含む、船舶。
【請求項8】
前記二酸化炭素捕集装置は、前記排気ガスに二酸化炭素を吸収する吸収剤を噴射する吸収部と、
前記吸収部から二酸化炭素が吸収された前記吸収剤の供給を受けて前記吸収剤から二酸化炭素を分離する再生部、および
前記スチームを利用して前記再生部に供給される前記吸収剤を加熱するリボイラーを含む、請求項７に記載の船舶。
【請求項9】
前記第１エコノマイザで生成された前記スチームを前記リボイラーに供給する第１供給管をさらに含む、請求項８に記載の船舶。
【請求項10】
前記第１排気管と前記第２排気管の間に設置され、前記排気ガスと熱交換して第１補助スチームを生成する第２エコノマイザと、前記第１補助スチームを前記リボイラーに供給する第２供給管をさらに含む、請求項９に記載の船舶。
【請求項11】
前記燃焼機関の排気ガス排出量に対応して前記リボイラーに供給されるスチーム量を調節する制御部をさらに含む、請求項８に記載の船舶。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は排気管装置およびそれを含む船舶に関し、さらに詳細には、排気ガスを分岐して排出できる排気管装置、および二酸化炭素が吸収された吸収剤から二酸化炭素を分離するために吸収剤の温度を上げるのに消耗するエネルギーを節減できる船舶に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、船舶に設置される各種エンジンは燃料を燃焼して動力を生成し、燃料の燃焼過程で発生する排気ガスは窒素酸化物、硫黄酸化物、二酸化炭素などを含んでいる。大気汚染が増加するにつれて排気ガスに含まれた各種有害物質に対する規制が厳しくなっているのが実情であり、窒素酸化物と硫黄酸化物だけでなく二酸化炭素も国際連合の傘下機関である国際海事機構（ＩＭＯ；Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）から排出規制を受けている。排気ガスに含まれた二酸化炭素を捕集する方法としては大きく、吸収剤を利用した湿式捕集方法と、メンブレンを利用した乾式捕集方法と、がある。このうち湿式捕集方法は、吸収剤が存在する吸収部に排気ガスを通過させて排気ガスに含まれた二酸化炭素を吸収剤に吸収させ、再生部に二酸化炭素を吸収した吸収剤を通過させて二酸化炭素と吸収剤を分離する方式である。
【0003】
一方、再生部は吸収剤の温度を約１５０～２００℃に上げて吸収剤から二酸化炭素を分離する。吸収剤の温度を上げるためには高温のスチームが必要であり、スチーム生成のためにボイラーを稼動するため多くのエネルギーが消耗するだけでなく、さらに他の二酸化炭素が生成する問題がある。このため、従来には、再生部に供給される吸収剤を加熱するリボイラーに排気ガスを先に供給して熱を提供するようにした後に吸収部に移動させたが、この場合、排気ガスに差圧が多くかかることになってエンジンの効率が低下する問題がある。
【0004】
したがって、排気ガスを分岐して排出できる構造の排気管装置、および吸収剤の温度を上げるのに消耗するエネルギーを低減させ得る構造の船舶が必要となった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が達成しようとする技術的課題は、排気ガスを分岐して排出できる排気管装置を提供することである。
【0006】
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、二酸化炭素が吸収された吸収剤から二酸化炭素を分離するために吸収剤の温度を上げるのに消耗するエネルギーを節減できる船舶を提供することである。
【0007】
本発明の技術的課題は以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないさらに他の技術的課題は下記の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記技術的課題を達成するための本発明の実施例に係る排気管装置は、船舶の燃焼機関で排出する排気ガスを直接外部に排出する第１排気管と、前記第１排気管と並列に連結され、一側に分岐管が連結されて前記排気ガスを直接外部に排出するか前記分岐管を通じて排出する第２排気管、および前記第２排気管に設置されて直接外部に排出されるか前記分岐管を通じて排出される前記排気ガスの流動を制御する第１ダンパー部を含む。
【0009】
前記第１排気管と前記第２排気管は一体からなる排気管の内部が区画されて形成され得る。
【0010】
前記排気管装置は、前記第１排気管に設置され、前記排気ガスと熱交換してスチームを生成する第１エコノマイザをさらに含むものの、前記分岐管に排出された前記排気ガスと、前記スチームは二酸化炭素捕集装置に供給され得る。
【0011】
前記排気管装置は、前記第１排気管と前記第２排気管のうち少なくとも一つに設置されて前記第１排気管と前記第２排気管を通じて排出される前記排気ガスの流動量を調節する第２ダンパー部をさらに含むことができる。
【0012】
前記排気管装置は、前記第２ダンパー部前端の前記第１排気管と前記第２排気管の間、または前記第２ダンパー部と前記第１ダンパー部の間の前記第１排気管と前記第２排気管の間のうち少なくとも一つに設置され、前記排気ガスと熱交換して第１補助スチームを生成する第２エコノマイザをさらに含むものの、前記第１補助スチームは二酸化炭素捕集装置に供給され得る。
【0013】
前記排気管装置は、前記第１ダンパー部後端の前記第２排気管に設置され、前記排気ガスと熱交換して第２補助スチームを生成する第３エコノマイザをさらに含むことができる。
【0014】
前記他の技術的課題を達成するための本発明の実施例に係る船舶は、船体と、前記船体に設置された燃焼機関で排出する排気ガスを直接外部に排出する第１排気管と、前記第１排気管と並列に連結され、一側に分岐管が連結されて前記排気ガスを直接外部に排出するか前記分岐管を通じて排出する第２排気管と、前記第２排気管に設置されて直接外部に排出されるか前記分岐管を通じて排出される前記排気ガスの流動を制御する第１ダンパー部と、前記第１排気管に設置され、前記排気ガスと熱交換してスチームを生成する第１エコノマイザ、および前記分岐管に排出された前記排気ガスと、前記スチームの供給を受けて前記排気ガスに含まれた二酸化炭素を除去する二酸化炭素捕集装置を含む。
【0015】
前記二酸化炭素捕集装置は、前記排気ガスに二酸化炭素を吸収する吸収剤を噴射する吸収部と、前記吸収部から二酸化炭素が吸収された前記吸収剤の供給を受けて前記吸収剤から二酸化炭素を分離する再生部、および前記スチームを利用して前記再生部に供給される前記吸収剤を加熱するリボイラーを含むことができる。
【0016】
前記船舶は、前記第１エコノマイザで生成された前記スチームを前記リボイラーに供給する第１供給管をさらに含むことができる。
【0017】
前記船舶は、前記第１排気管と前記第２排気管の間に設置され、前記排気ガスと熱交換して第１補助スチームを生成する第２エコノマイザと、前記第１補助スチームを前記リボイラーに供給する第２供給管をさらに含むことができる。
【0018】
前記船舶は、前記燃焼機関の排気ガス排出量に対応して前記リボイラーに供給されるスチーム量を調節する制御部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によると、燃焼機関で排出される排気ガスのうち一部を第１エコノマイザに供給してスチームを生成するのに活用し、残りの一部だけ二酸化炭素除去工程を経るようにし、分岐された排気ガスで生成されたスチームをリボイラーに供給することができる。したがって、スチーム生成のための別途のボイラー稼動を最小化してエネルギー消耗を減らすことができ、さらに他の二酸化炭素の生成も防止することができる。
【0020】
また、排気ガスの廃熱を利用してスチームを生成するため、全体的なシステム効率が向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施例に係る排気管の多様な形態を図示した図面である。
【0022】
【図2】本発明の実施例に係る船舶を図示した図面である。
【0023】
【0024】
【図4】本発明の他の実施例に係る船舶を図示した図面である。
【0025】
【0026】
【図6】本発明の実施例に係る排気ガス浄化装置の構成を図示した図面である。
【0027】
【図7】排気ガス浄化装置の動作を説明するための作動図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され得、ただし本実施例は本発明の開示を完全なものとし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるのみである。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指し示す。
【0029】
以下、図１を参照して、本発明の実施例に係る排気管装置について詳細に説明する。
【0030】
本発明の実施例に係る排気管装置は、排気ガスを分岐して一部は外部に排出し、残りの一部は外部に排出するか分岐して二酸化炭素除去工程を経るようにすることができる。特に、排気ガスの廃熱を回収して生成したスチームを二酸化炭素除去工程で活用するため、スチーム生成のための別途のボイラー稼動を最小化してエネルギー消耗を減らすことができ、さらに他の二酸化炭素の生成も防止することができる。
【0031】
以下、図１を参照して、排気管装置１００について具体的に説明する。
【0032】
図１は、本発明の実施例に係る排気管の多様な形態を図示した図面である。
【0033】
本発明に係る排気管装置１００は第１排気管１１０と第２排気管１２０、および第１ダンパー部１３０を含む。
【0034】
第１排気管１１０は燃焼機関Ｅで排出する排気ガスを直接外部に排出するものであり、脱窒（ＳＣＲ；Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）設備、集塵設備、および脱硫設備などの排気ガス前処理設備を経た排気ガスを外部に排出することができる。第１排気管１１０には図１の（ａ）に図示された通り、第１エコノマイザ１５０が設置されるため、第１排気管１１０を流動する排気ガスは第１エコノマイザ１５０を通過した後に外部に排出され得る。第１エコノマイザ１５０は排気ガスと水を熱交換してスチームを生成するものであり、第１排気管１１０上には少なくとも一つの第１エコノマイザ１５０が設置され得る。図１の（ｂ）に図示された通り、第１排気管１１０に複数個の第１エコノマイザ１５０が設置される場合、複数個の第１エコノマイザ１５０は第１排気管１１０に沿って一列に配置され得る。第１排気管１１０に複数個の第１エコノマイザ１５０が設置されると、排気ガスの廃熱をより効率的に回収してより多くの量のスチームを生成することができ、これによって、装置の効率がさらに向上し得る。第１エコノマイザ１５０で水と熱交換した排気ガスは外部に排気され、排気ガスと水の熱交換によって生成されたスチームは別途の配管を通じて後述する二酸化炭素捕集装置１７０に供給され得る。
【0035】
第２排気管１２０は第１排気管１１０と並列に連結され、一側に分岐管１２１が連結されて排気ガスを直接外部に排出するか分岐管１２１を通じて排出することができる。この時、第２排気管１２０を流動する排気ガスは、第１排気管１１０を流動する排気ガスのように、排気ガス前処理設備を経た状態であり得、分岐管１２１で排出された排気ガスは二酸化炭素捕集装置１７０に供給されて二酸化炭素除去工程を経ることができる。第１排気管１１０と第２排気管１２０は一体からなる排気管の内部が区画されて形成され得、横方向の断面積の面積比が３０：７０～７０：３０であり得る。
【0036】
また、図面に図示されてはいないが、第１排気管１１０と第２排気管１２０は互いに離隔配置されてそれぞれの排気管１１０、１２０の一端部が燃焼機関Ｅに連結されるように並列に配置され得る。
【0037】
第２排気管１２０には第１ダンパー部１３０が設置される。第１ダンパー部１３０は直接外部に排出されるか分岐管１２１を通じて排出される排気ガスの流動を制御するものとであり、第２排気管１２０または分岐管１２１のうち少なくとも一つに設置され得る。図面上には第２排気管１２０と分岐管１２１にそれぞれ第１ダンパー部１３０が設置されたものとして図示したが、これに限定されるものではなく、第１ダンパー部１３０の配置および設置個数は多様に変形され得る。例えば、一つの第１ダンパー部１３０で外部に排出される排気ガスの流動と分岐管１２１で排出される排気ガスの流動を同時に制御してもよい。
【0038】
また、第１排気管１１０と第２排気管１２０のうち少なくとも一つには第２ダンパー部１４０が設置され得る。第２ダンパー部１４０は第１排気管１１０と第２排気管１２０を通じて排出される排気ガスの流動を制御するものであり、図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に図示された通り、第１排気管１１０と第２排気管１２０にそれぞれ設置されてもよく、図１の（ｄ）に図示された通り、第１排気管１１０と第２排気管１２０の境界部分に設置されてもよい。
【0039】
一方、第１排気管１１０と第２排気管１２０の間には第２エコノマイザ１６０が設置され得る。第２エコノマイザ１６０は第２ダンパー部１４０前端の第１排気管１１０と第２排気管１２０の間、または第２ダンパー部１４０と第１ダンパー部１３０の間の第１排気管１１０と第２排気管１２０の間のうち少なくとも一つに設置され、排気ガスと熱交換して第１補助スチームを生成することができる。図１の（ｃ）に図示された通り、第２エコノマイザ１６０が第２ダンパー部１４０と第１ダンパー部１３０の間の第１排気管１１０と第２排気管１２０の間に設置される場合、第１排気管１１０を流動する排気ガスは第２エコノマイザ１６０と第１エコノマイザ１５０を順に通過した後に外部に排気され、第２排気管１２０を流動する排気ガスは第２エコノマイザ１６０を通過した後に外部に排出されるか分岐管１２１を通じて二酸化炭素捕集装置１７０に供給され得る。第２エコノマイザ１６０で生成された第１補助スチームは別途の配管を通じて二酸化炭素捕集装置１７０に供給され得る。この時、第１エコノマイザ１５０で生成されたスチームと、第２エコノマイザ１６０で生成された第１補助スチームは合流して二酸化炭素捕集装置１７０に供給されてもよく、それぞれ別途に二酸化炭素捕集装置１７０に供給されてもよい。
【0040】
また、第２排気管１２０には第３エコノマイザ１６０ａが設置され得る。第３エコノマイザ１６０ａは第１ダンパー部１３０後端の第２排気管１２０に設置され、排気ガスと熱交換して第２補助スチームを生成することができる。第３エコノマイザ１６０ａで生成された第２補助スチームは二酸化炭素捕集装置１７０が稼動されない場合、船舶内の他のスチーム需要先（図示されず）に供給され得る。図面上には第１エコノマイザ１５０と第２エコノマイザ１６０、および第３エコノマイザ１６０ａがすべて設置されたものとして図示したが、これに限定されるものではなく、必要に応じていずれか一つのみ設置されてもよい。
【0041】
【0042】
【0043】
本発明に係る船舶２は船体３と、第１排気管１１０と、第２排気管１２０と、第１ダンパー部１３０と、第１エコノマイザ１５０、および二酸化炭素捕集装置１７０を含む。
【0044】
船体３は船舶２の本体をなすものであり、外側面が流線型に形成され得る。船体３は内部に第１排気管１１０と、第２排気管１２０と、第１ダンパー部１３０と、第１エコノマイザ１５０、および二酸化炭素捕集装置１７０が設置される。
【0045】
第１排気管１１０、第２排気管１２０、第１ダンパー部１３０、第１エコノマイザ１５０の構成は前述した通りである。
【0046】
図面に図示されてはいないが、第１排気管１１０と第２排気管１２０は互いに離隔配置されてそれぞれの排気管１１０、１２０の一端部が燃焼機関Ｅに連結されるように並列に配置され得る。
【0047】
二酸化炭素捕集装置１７０は分岐管１２１で排出された排気ガスと、スチームの供給を受けて排気ガスに含まれた二酸化炭素を除去するものであり、冷却部１７４、吸収部１７１、再生部１７２、およびリボイラー１７３を含む。
【0048】
冷却部１７４は分岐管１２１を通じて供給される排気ガスを冷却するものであり、排気ガスに冷却水を噴射して排気ガスを冷却させることができる。船舶に設置された燃焼機関Ｅで排出される排気ガスは約１５０～４００℃の高温であるので、このような排気ガスを後述する吸収部１７１にそのまま供給する場合、二酸化炭素が吸収剤にまともに吸収されなくなる。すなわち、吸収部１７１で噴射される吸収剤は約３０～５０℃で二酸化炭素の吸収効率が高いので、冷却部１７４であらかじめ排気ガスを冷却させるのである。冷却部１７４に供給された排気ガスは冷却水と熱交換を通じて適正温度に冷却され、排気ガスと熱交換して温度が増加した冷却水は冷却部１７４で排出された後に一連の冷却過程を経て再び冷却部１７４に循環される。例えば、冷却部１７４で排出された冷却水はポンプ１７４ａで加圧された後、熱交換器１７４ｂで冷却媒体と熱交換して冷却された後に冷却部１７４に循環され得る。冷却部１７４で冷却された排気ガスは吸収部１７１に供給される。
【0049】
吸収部１７１は冷却部１７４から供給される排気ガスに二酸化炭素を吸収する吸収剤を霧化または微粒化して噴射するものであり、ここで、吸収剤とは、二酸化炭素を吸収する性質がある溶液、例えば、アミン（ａｍｉｎｅ）化合物またはアンモニアの水溶液であり得る。吸収部１７１は船舶の揺動に容易に対処できるように気体接触方式の吸収塔で形成され得る。排気ガスは吸収部１７１の下部に供給されて吸収部１７１の上部で噴射される吸収剤と接触することになり、これによって、排気ガスに含まれた二酸化炭素が吸収剤に吸収されて排気ガスから除去され得る。二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収部１７１上部を通じて外部に排気され得る。吸収部１７１で二酸化炭素が吸収剤に吸収される時に発熱反応が起きるため、二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収部１７１上部で別途の冷却過程を経た後に外部に排気され得る。例えば、二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収部１７１上部で噴射される清水などの冷却媒体と接触して冷却された後に排気され得、排気ガスと接触した冷却媒体は集水されて吸収部１７１外部に排出された後に加圧および冷却過程を経て再び吸収部１７１に循環され得る。吸収部１７１で二酸化炭素を吸収した吸収剤は供給ライン１７１ａを通じて再生部１７２に供給される。
【0050】
供給ライン１７１ａは一端が吸収部１７１下部に連結され他端が再生部１７２上部に連結されて、吸収部１７１で排出された二酸化炭素を吸収した吸収剤を再生部１７２上部に供給することができる。供給ライン１７１ａ上には二酸化炭素を吸収した吸収剤を加圧するポンプ１７１ｂと、供給ライン１７１ａと後述する第２循環ライン１７２ｂを熱交換する熱交換器１７１ｃが設置され得る。熱交換器１７１ｃは吸収部１７１で排出された約４０～５０℃の二酸化炭素を吸収した吸収剤を、再生部１７２で排出された約８０～１５０℃の二酸化炭素が分離された吸収剤と熱交換して加熱する。すなわち、熱交換器１７１ｃは供給ライン１７１ａを通じて吸収部１７１から再生部１７２に供給される吸収剤と、第２循環ライン１７２ｂを通じて再生部１７２から吸収部１７１に循環する吸収剤を熱交換して、再生部１７２に供給される吸収剤の温度は上げ吸収部１７１に循環される吸収剤の温度は下げる。したがって、吸収部１７１で二酸化炭素が吸収剤に容易に吸収され得、再生部１７２で二酸化炭素が吸収剤から容易に分離され得る。熱交換器１７１ｃで加熱された二酸化炭素を吸収した吸収剤は再生部１７２上部に流入し得る。
【0051】
再生部１７２は吸収部１７１から二酸化炭素が吸収された吸収剤の供給を受けて吸収剤から二酸化炭素を分離する。より具体的には、熱交換器１７１ｃで加熱された後に再生部１７２の上部に供給された二酸化炭素を吸収した吸収剤は、再生部１７２の上部から下部に流れながら熱エネルギーによって二酸化炭素が分離される。この時、再生部１７２内の吸収剤のうち一部は第１循環ライン１７２ａを通じてリボイラー１７３に流入して加熱され、リボイラー１７３の加熱によって吸収剤から発生した二酸化炭素と蒸気は第１循環ライン１７２ａを通じて再生部１７２に供給されて熱エネルギーを追加で提供しながら二酸化炭素の分離効率を高めることができる。前述した通り、再生部１７２に供給される二酸化炭素が吸収された吸収剤は熱交換器１７１ｃで加熱された状態であり、リボイラー１７３で加熱された吸収剤から発生した二酸化炭素と蒸気が熱エネルギーを追加で提供するため、二酸化炭素が吸収剤から容易に分離され得る。吸収剤から分離された高濃度の二酸化炭素は、再生部１７２上部に排出されて凝縮器１７２ｃと還流ドラム１７２ｄを順に通過しながら水分が除去され、別途の圧縮過程を経て必要先に供給され得る。二酸化炭素から分離された水分は加圧されて再び再生部１７２に循環される。再生部１７２の一側には再生部１７２で排出される二酸化炭素の量を測定するセンサ部１９０が設置され得、センサ部１９０で測定された結果は後述する制御部１８０に伝送され得る。
【0052】
リボイラー１７３は第１エコノマイザ１５０から供給されたスチームを利用して再生部１７２に供給される吸収剤を加熱し、再生部１７２から排出された吸収剤を再び再生部１７２に循環させる第１循環ライン１７２ａ上に設置され得る。換言すると、リボイラー１７３は第１循環ライン１７２ａ上に設置されて第１循環ライン１７２ａを通じて流動する吸収剤を第１エコノマイザ１５０で供給されるスチームで加熱して二酸化炭素と蒸気を生成し、これを再生部１７２に供給する。この時、スチームは第１供給管１５１を通じて供給され得、リボイラー１７３に供給されるスチーム量は制御部１８０により調節され得る。制御部１８０は燃焼機関Ｅの排気ガス排出量に対応してリボイラー１７３に供給されるスチーム量を調節したり、前述したセンサ部１９０で測定された二酸化炭素の量に対応して第１ダンパー部１３０と第２ダンパー部１４０の動作を制御することができる。例えば、燃焼機関Ｅの排気ガス排出量が増加して二酸化炭素を除去すべき排気ガスの量が多い場合、制御部１８０はリボイラー１７３に供給されるスチーム量を増加させることができる。この時、第１エコノマイザ１５０で生成されたスチームだけでリボイラー１７３で必要なスチーム量を満足させることができない場合、制御部１８０は船舶に設置されたボイラーなどからリボイラー１７３にスチームが供給されるように制御することができる。また、センサ部１９０で測定された二酸化炭素の量が基準値以上である場合、制御部１８０は冷却部１７４で供給される排気ガスの量が減少するように第２ダンパー部１４０の動作を制御することができる。排気ガスの廃熱で生成したスチームをリボイラー１７３に供給して熱源として使うことによって、全体的なシステム効率が向上するだけでなくスチーム生成のための別途のボイラー稼動を最小化してエネルギー消耗を減らすことができ、ボイラーの稼動によるさらに他の二酸化炭素の生成も防止することができる。
【0053】
一方、再生部１７２には第２循環ライン１７２ｂも連結され得る。第２循環ライン１７２ｂは再生部１７２で排出される吸収剤を吸収部１７１に循環させるものであり、前述した熱交換器１７１ｃと、ポンプ７２１、および冷却器７２２が設置され得る。第２循環ライン１７２ｂを通じて再生部１７２で排出された約８０～１５０℃の二酸化炭素が分離された吸収剤は、熱交換器１７１ｃで供給ライン１７１ａを流動する吸収剤と熱交換して一次的に冷却され、ポンプ７２１で加圧された後に冷却器７２２で２次的に冷却されて約３０～５０℃で吸収部１７１に供給され得る。
【0054】
【0055】
【0056】
本発明の他の実施例に係る船舶２ａは、第１排気管１１０と第２排気管１２０の間に第２エコノマイザ１６０が設置され、冷却部１７４前端に圧縮機１７４ｃが設置され、吸収部１７１上部にブロアー１７１ｄが設置される。本発明の他の実施例に係る船舶２ａは、第１排気管１１０と第２排気管１２０の間に第２エコノマイザ１６０が設置され、冷却部１７４前端に圧縮機１７４ｃが設置され、吸収部１７１上部にブロアー１７１ｄが設置されることを除いては、前述した実施例と実質的に同一である。したがって、これを重点的に説明するものの、別途の言及がない限り残りの構成部に対する説明は前述したもので代替する。
【0057】
第１排気管１１０と第２排気管１２０の間には第２エコノマイザ１６０が設置され得る。より具体的には、第２エコノマイザ１６０は第２ダンパー部１４０前端の第１排気管１１０と第２排気管１２０の間、または第２ダンパー部１４０と第１ダンパー部１３０の間の第１排気管１１０と第２排気管１２０の間のうち少なくとも一つに設置され、排気ガスと熱交換して第１補助スチームを生成することができる。図示された通り、第２エコノマイザ１６０が第２ダンパー部１４０と第１ダンパー部１３０の間の第１排気管１１０と第２排気管１２０の間に設置される場合、第１排気管１１０を流動する排気ガスは第２エコノマイザ１６０と第１エコノマイザ１５０を順に通過した後に外部に排気され、第２排気管１２０を流動する排気ガスは第２エコノマイザ１６０を通過した後に外部に排出されるか分岐管１２１を通じて二酸化炭素捕集装置１７０に供給され得る。第２エコノマイザ１６０で生成された第１補助スチームは第２供給管１６１を通じてリボイラー１７３に供給され得、リボイラー１７３は第２エコノマイザ１６０と第１エコノマイザ１５０からそれぞれ供給された第１補助スチームとスチームを利用して再生部１７２に供給される吸収剤を加熱することができる。図面上には第１供給管１５１と第２供給管１６１が合流してリボイラー１７３に連結されるものとして図示したが、これに限定されるものではなく、例えば、第１供給管１５１と第２供給管１６１はそれぞれリボイラー１７３に連結されてもよい。
【0058】
冷却部１７４前端には圧縮機１７４ｃが設置され得る。圧縮機１７４ｃは冷却部１７４に供給される排気ガスを加圧するものであり、冷却部１７４前端に少なくとも一つが設置され得る。圧縮機１７４ｃが冷却部１７４に供給される排気ガスを加圧することによって、冷却部１７４で排気ガスの冷却が容易になされ得る。
【0059】
また、吸収部１７１上部にはブロアー１７１ｄが設置され得る。ブロアー１７１ｄは吸収部１７１で排出される排気ガスの排出を助けるものであり、吸収部１７１上部に少なくとも一つが設置され得る。吸収部１７１上部にブロアー１７１ｄが設置されることによって、二酸化炭素が分離された排気ガスの排出が容易であるだけでなく冷却部１７４から吸収部１７１に排気ガスが円滑に流動することができる。
【0060】
【0061】
本発明の実施例に係る排気ガス浄化装置は、排気ガスに含まれた二酸化炭素を除去する装置であり、船舶に設置され得る。
【0062】
排気ガス浄化装置は排気ガスを外部に排出する第１排気管上に外部に排出される排気ガスと、吸収塔で排出される二酸化炭素が吸収された吸収剤を熱交換する熱交換器が設置されて吸収剤の温度を上げることができる。したがって、吸収剤の温度を上げるためのスチームを生成するボイラーの稼動が中断されるため、ボイラーで消耗していたエネルギーを節減することができ、ボイラーの稼動によるさらに他の二酸化炭素の生成も防止することができる。また、吸収剤から二酸化炭素を分離する従来の再生塔が省略され得るため設置および維持費用が減少し、船舶内空間活用度も増加し得る特徴がある。
【0063】
以下、図６を参照して、排気ガス浄化装置２００について具体的に説明する。
【0064】
図６は、本発明の実施例に係る排気ガス浄化装置の構成を図示した図面である。
【0065】
本発明に係る排気ガス浄化装置２００は第１排気管２１０と、第２排気管２２０と、吸収塔２３０と、熱交換器２４０、および分離器２５０を含む。
【0066】
第１排気管２１０は船舶の燃焼機関Ｅで排出される排気ガスを直接外部に排出する管であり、脱窒（ＳＣＲ；Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）設備、集塵設備、および脱硫設備などの排気ガス前処理設備（図示されない）を通過した排気ガスを外部に排出することができる。
【0067】
第２排気管２２０は燃焼機関Ｅと直接連結されるか第１排気管２１０から分岐されて排気ガスを二酸化炭素除去工程に移動させる管であり、排気ガス前処理設備を通過した排気ガスを二酸化炭素除去工程に移動させることができる。第２排気管２２０が第１排気管２１０から分岐される場合、第２排気管２２０は後述する熱交換器２４０前端の第１排気管２１０上で分岐され得る。第２排気管２２０は吸収塔２３０に連結される。
【0068】
吸収塔２３０は第２排気管２２０を通じて供給される排気ガスに二酸化炭素を吸収する吸収剤を霧化または微粒化して噴射するものであり、船舶の揺動に容易に対処できるように気体接触方式の吸収塔で形成され得る。ここで、吸収剤とは、二酸化炭素を吸収する性質がある溶液、例えば、アミン（ａｍｉｎｅ）化合物またはアンモニアの水溶液であり得る。排気ガスは吸収塔２３０の下部に供給されて吸収塔２３０の上部で噴射される吸収剤と接触することになり、これによって、排気ガスに含まれた二酸化炭素が吸収剤に吸収されて排気ガスから除去され得る。二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収塔２３０上部を通じて外部に排気され得る。吸収塔２３０で二酸化炭素が吸収剤に吸収される時に発熱反応が起きるため、二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収塔２３０上部で別途の冷却過程を経た後に外部に排気され得る。例えば、二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収塔２３０上部で噴射される清秀などの冷却媒体と接触して冷却された後に排気され得、排気ガスと接触した冷却媒体は集水されて吸収塔２３０外部に排出された後に加圧および冷却過程を経て再び吸収塔２３０に循環され得る。このような吸収塔２３０前端の第２排気管２２０上には冷却塔２７０が設置される。
【0069】
冷却塔２７０は第２排気管２２０に沿って吸収塔２３０に供給される排気ガスを冷却するものであり、排気ガスに冷却水を噴射して排気ガスを冷却させることができる。例えば、冷却塔２７０は排気ガスに洗浄水を噴射するスクラバーであり得る。船舶に設置された燃焼機関Ｅで排出される排気ガスは約４００℃の高温であるため、このような排気ガスを前述した吸収塔２３０にそのまま供給する場合、二酸化炭素が吸収剤にまともに吸収されなくなる。すなわち、吸収塔２３０で噴射される吸収剤は約３０～５０℃で二酸化炭素の吸収効率が高いので、冷却塔２７０であらかじめ排気ガスを冷却させるのである。冷却塔２７０に供給された排気ガスは冷却水と熱交換を通じて適正温度に冷却され、排気ガスと熱交換して温度が増加した冷却水は冷却塔２７０で排出された後、一連の冷却過程を経て再び冷却塔２７０に循環される。例えば、冷却塔２７０で排出された冷却水はポンプ２７１で加圧された後、熱交換部２７２で冷却媒体と熱交換して冷却された後に冷却塔２７０に循環され得る。冷却塔２７０で冷却された排気ガスは第２排気管２２０を通じて吸収塔２３０に供給されて前述した一連の過程を通じて二酸化炭素が除去され、吸収塔２３０で二酸化炭素を吸収した吸収剤は後述する循環ライン２６０を通じて熱交換器２４０に供給される。
【0070】
熱交換器２４０は第１排気管２１０を流動する排気ガスと、吸収塔２３０から排出される二酸化炭素が吸収された吸収剤を熱交換するものであり、排気ガス前処理設備後端の第１排気管２１０上に設置され得る。すなわち、吸収塔２３０で排出されて熱交換器２４０に供給された二酸化炭素を吸収した吸収剤は第１排気管２１０を流動する高温の排気ガスと熱交換を通じて加熱され、吸収剤と熱交換して冷却された排気ガスは第１排気管２１０を通じて外部に排出される。熱交換器２４０が二酸化炭素を吸収した吸収剤と排気ガスを熱交換することによって、吸収剤の温度が上がって後述する分離器２５０で二酸化炭素が吸収剤から容易に分離され得、高温の排気ガスを冷却して排出するための別途の冷却過程が省略され得る。また、吸収剤の温度を上げるためのスチームを生成するボイラーを稼動する必要がないためボイラーで消耗するエネルギーを節減することができ、ボイラーの稼動によるさらに他の二酸化炭素の生成も防止することができる。また、吸収剤から二酸化炭素を分離する従来の再生塔が省略され得るため設置および維持費用を減少させることができ、システム構成が簡素化されて船舶内の空間活用度も増加し得る。熱交換器２４０で加熱された吸収剤は循環ライン２６０を通じて分離器２５０に供給される。
【0071】
分離器２５０は吸収剤から二酸化炭素を分離するものであり、熱交換器２４０後端の循環ライン２６０上に設置され得る。熱交換器２４０で加熱された二酸化炭素を吸収した吸収剤は分離器２５０内部で熱エネルギーによって二酸化炭素が分離される。吸収剤は第１排気管２１０を流動する約４００℃の排気ガスと熱交換して加熱された状態であるので、分離器２５０に追加で熱エネルギーを供給せずとも二酸化炭素が容易に分離され得る。吸収剤から分離された高濃度の二酸化炭素は分離器２５０外部に排出されて水分が除去された後に別途の圧縮過程を経て必要先に供給され得る。
【0072】
循環ライン２６０は一端が吸収塔２３０下端に連結され他端が熱交換器２４０と分離器２５０を順に経由しながら吸収塔２３０上端に連結され、二酸化炭素が分離された吸収剤を吸収塔２３０に循環させることができる。換言すると、吸収塔２３０で二酸化炭素を吸収した吸収剤は、循環ライン２６０を通じて熱交換器２４０を通過した後に分離器２５０に供給されて二酸化炭素が分離され、分離器２５０で二酸化炭素が分離された吸収剤は循環ライン２６０を通じて吸収塔２３０に循環される。分離器２５０後端の循環ライン２６０上には少なくとも一つのクーラー２６１が設置されるため、吸収塔２３０に循環される吸収剤を冷却することができる。クーラー２６１が吸収剤を冷却して温度を下げることによって、吸収塔２３０で二酸化炭素が吸収剤に容易に吸収され得る。また、循環ライン２６０上には少なくとも一つの加圧ポンプ２６２が設置されて吸収剤が円滑に循環することができる。
【0073】
以下、図７を参照して、排気ガス浄化装置２００の動作についてより具体的に説明する。
【0074】
図７は、排気ガス浄化装置の動作を説明するための作動図である。
【0075】
本発明に係る排気ガス浄化装置２００は、排気ガスを外部に排出する第１排気管２１０上に外部に排出される排気ガスと、吸収塔２３０で排出される二酸化炭素が吸収された吸収剤を熱交換する熱交換器２４０が設置されて吸収剤の温度を上げることができる。したがって、吸収剤の温度を上げるためのスチームを生成するボイラーの稼動が中断されるため、ボイラーで消耗していたエネルギーを節減でき、ボイラーの稼動によるさらに他の二酸化炭素の生成も防止することができる。また、吸収剤から二酸化炭素を分離する従来の再生塔が省略され得るため設置および維持費用が減少し、船舶内の空間活用度も増加し得る。
【0076】
図７を参照して説明すると、燃焼機関Ｅで排出された排気ガスは一部が第１排気管２１０を通じて排出され、一部が第２排気管２２０を通じて排出される。
【0077】
第２排気管２２０を通じて排出された排気ガスは冷却塔２７０に供給され、冷却塔２７０で噴射される冷却水によって適正温度に冷却された後に冷却塔２７０上部に連結された第２排気管２２０を通じて吸収塔２３０に供給される。冷却塔２７０で排気ガスと熱交換して温度が増加した冷却水は冷却塔２７０下部に排出されてポンプ２７１で加圧された後、熱交換部２７２で冷却媒体と熱交換して冷却された後に再び冷却塔２７０に循環される。
【0078】
吸収塔２３０下部に供給された排気ガスは吸収塔２３０上部で噴射される吸収剤と接触することになり、これによって、排気ガスに含まれた二酸化炭素が吸収剤に吸収されて排気ガスから除去される。排気ガスは冷却塔２７０で冷却された状態であるので、排気ガスに含まれた二酸化炭素が吸収剤に容易に吸収され得る。二酸化炭素が除去された排気ガスは吸収塔２３０上部に移動して別途の冷却過程を経た後に外部に排気される。
【0079】
二酸化炭素を吸収した吸収剤は循環ライン２６０を通じて熱交換器２４０に供給されて第１排気管２１０を流動する高温の排気ガスと熱交換し、これによって、外部に排出される排気ガスは冷却されて二酸化炭素を吸収した吸収剤は加熱される。熱交換器２４０で加熱された二酸化炭素を吸収した吸収剤は循環ライン２６０を通じて分離器２５０に供給されて二酸化炭素が分離され、吸収剤から分離された二酸化炭素は分離器２５０外部に排出されて必要先に供給される。
【0080】
二酸化炭素が分離された吸収剤は、循環ライン２６０を通じてクーラー２６１に供給されて冷却された後に吸収塔２３０上部に循環される。以上添付された図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施され得るということが理解できるであろう。したがって、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり限定的ではないものと理解されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】