JP2018532924A - 汚染物質低減装置 - Google Patents

Abstract

汚染物質低減装置が提供される。前記汚染物質低減装置は、燃焼機関の排気ガスを供給する排気ガス管と、洗浄水を供給する洗浄水供給管と、前記排気ガス管を介して供給される排気ガスに、前記洗浄水供給管を介して供給される洗浄水を噴霧するスクラバーと、前記排気ガス管に接続され、放電、紫外線の照射または酸化剤の噴射によって前記排気ガスを酸化させる酸化ユニットと、前記スクラバー内の洗浄水を排出する洗浄水排出管とを含んでなる。

Description

本発明は、汚染物質低減装置に関し、さらに詳細には、燃焼機関の排気ガスに含まれている汚染物質を浄化して排出することができる汚染物質低減装置に関する。

一般に、船舶に設置される各種のエンジンは、化石燃料を燃焼させて動力を生成する。このとき、燃料の燃焼過程で発生する排気ガスは、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、微細粉塵（ＰＭ）などの有害物質を含んでおり、これにより、排気ガスをそのまま排出する場合に大気汚染をもたらすおそれがある。

このような理由から、船舶の大気汚染に対する環境規制が強化されており、各種の規制を満足させるために、様々な処理装置が船舶に適用されている。大気汚染に関する環境規制のうち、排気ガス排出規制海域（ＥＣＡ、Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ）の運航及び停泊の際にエンジンから排出される排気ガスに含まれている硫黄酸化物を０．１％以下に規定する規制が発効されている。硫黄酸化物の除去のための方法として、硫黄含有量０．１％以下の超低硫黄油（ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｓｕｌｆｕｒ ｆｕｅｌ）を使用するか、或いは湿式スクラバー（ｗｅｔ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）を適用することができる。湿式スクラバーは海水、清水またはアルカリ溶液と排気ガスとを気液接触させて硫黄酸化物を除去する。

韓国公開特許第１０−２０１４−０１２３６６５号公報（２０１４年１０月２３日）

本発明が解決しようとする課題は、燃焼機関の排気ガスに含まれている汚染物質を浄化して排出することができる汚染物質低減装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は、上述した課題に制限されず、上述していない別の課題は、以降の記載から当業者に明確に理解できるだろう。

上記の課題を解決するための本発明の一態様（ａｓｐｅｃｔ）は、燃焼機関の排気ガスを供給する排気ガス管と、洗浄水を供給する洗浄水供給管と、前記排気ガス管を介して供給される排気ガスに、前記洗浄水供給管を介して供給される洗浄水を噴霧するスクラバーと、前記排気ガス管に接続され、放電、紫外線の照射または酸化剤の噴射によって前記排気ガスを酸化させる酸化ユニットと、前記スクラバー内の洗浄水を排出する洗浄水排出管とを含んでなる、汚染物質低減装置を提供する。

ここで、前記排気ガス管または前記スクラバーに接続され、海水を電気分解して水素と、窒素系酸化物を酸化させる酸化剤または酸性化された洗浄水を中和させる中和剤とを生成する浄化ユニットと、前記浄化ユニットから前記水素の供給を受けて電気を生成する燃料電池モジュールとをさらに含む。前記燃料電池モジュールは前記浄化ユニットへ電気を供給することができる。前記洗浄水供給管は、外部から海水の供給を受ける海水供給管から分岐し、前記海水供給管に設置されて海水を加圧するポンプをさらに含み、前記燃料電池モジュールは、前記ポンプに電気を供給することができる。前記浄化ユニットに接続される海水流入管に設置され、海水に電解質を供給する電解質タンクをさらに含むことができる。

前記排気ガス管に接続され、前記酸化ユニットの前段に位置し、前記排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する前処理ユニットをさらに含むことができる。前記洗浄水供給管は、外部から海水の供給を受ける海水供給管から分岐し、前記海水供給管は、前記前処理ユニットに前記海水を供給し、前記供給された海水は、前記前処理ユニット内で噴射できる。前記洗浄水供給管に接続されて清水を供給する清水供給ラインをさらに含み、前記清水供給管は前記前処理ユニットに前記清水を供給し、供給された清水は前記前処理ユニット内で噴射できる。前記前処理ユニットを通過した前記海水または前記清水を前記洗浄水供給管へ供給する捕集管をさらに含むことができる。前記前処理ユニットは、前記排気ガス管を介して供給される排気ガス中に含まれている微細粉塵を分離する遠心分離機を含み、前記遠心分離機は、前記排気ガスの供給を接線方向に受けるサイクロン方式の固体分離装置であり得る。

前記酸化ユニットの後段に、前記排気ガス管または洗浄水供給管に接続され、液状触媒を注入して排気ガスを酸化状態に維持させる液状触媒注入ユニットをさらに含むことができる。前記液状触媒は、オイルに含まれている有機硫化物を酸化させて得た有機硫黄酸化物（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅｓ）であり得る。

前記洗浄水排出管に接続され、洗浄水との比重差を利用して、洗浄水に含まれている液状触媒を分離する分離ユニットと、前記分離ユニットと前記液状触媒注入ユニットとを接続して、前記分離ユニットから分離された液状触媒を前記液状触媒注入ユニットへ循環させる循環ラインをさらに含むことができる。前記スクラバーに接続されて中和剤を供給する中和剤供給部をさらに含むことができる。前記酸化ユニットの前段の前記排気ガス管に接続され、排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する前処理ユニットをさらに含むことができる。

本発明の汚染物質低減装置の幾つかの実施形態によれば、海水を電気分解する浄化ユニットで生成された酸化剤によって排気ガス中の一酸化窒素を酸化させるとともに、同じ浄化ユニットで生成された中和剤によって酸性化洗浄水を中和させることにより、システムの設置及び維持費用が減少するだけでなく、船舶内のスペース活用度が増加することができる。

また、浄化ユニットにおける海水の電気分解によって生成された水素を燃料電池モジュールへ供給して電気を生成するのに使用し、生成された電気を浄化ユニット及びその他の装置の駆動源として使用することにより、システムをより効率よく運用することができる。

また、本発明の汚染物質低減装置の幾つかの実施形態によれば、硫黄酸化物と窒素酸化物を酸化させる前に微細粉塵を除去することにより、酸化効率を向上させることができる。また、酸化した排気ガスが湿式スクラバーを通過しながら二重に浄化されて排気ガス中の汚染物質を著しく低減させることができ、酸化した排気ガスが洗浄水に溶解して強酸を作って洗浄水中の微生物を死滅させることができる。

また、本発明の汚染物質低減装置の幾つかの実施形態によれば、気液接触の前に酸化させた硫黄酸化物と窒素酸化物に液状触媒を注入することにより、酸化した硫黄酸化物と窒素酸化物が再び還元されることを防止することができる。したがって、硫黄酸化物及び窒素酸化物の低減効果を向上させることができ、酸化した排気ガスが湿式スクラバーを通過して二重に浄化されるので、排気ガス中の汚染物質を著しく低減させることができる。

本発明の第１実施形態に係る汚染物質低減装置を概略的に示す図である。 図１の浄化ユニットの一例の断面図である。 図１の燃料電池モジュールの一例の断面図である。 図１の汚染物質低減装置の作動図である。 図１の汚染物質低減装置の作動図である。 本発明の第２実施形態に係る汚染物質低減装置を概略的に示す図である。 図６の前処理ユニットの一例を示す断面図である。 図６の前処理ユニットの他の例を示す断面図である。 図６の前処理ユニットの別の例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。 本発明の第２実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。 本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置を概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。 本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。 本発明の第４実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。 本発明の第４実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。

本発明の利点、特徴、及びそれらの達成方法は、添付図面と一緒に詳細に後述されている実施形態を参照すると明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に実現できる。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全たるものとし、本発明の属する技術分野における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る。本発明は請求項の範疇のみによって定義される。明細書全体にわたって、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

以下、図１乃至図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る汚染物質低減装置について詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る汚染物質低減装置は、排気ガスに含まれている各種の汚染物質（窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵など）の濃度を減らして、排気基準に適合した空気を排出すると同時に、排気ガスの濃度を減らすために使用された洗浄水の処理を行うことができる装置であって、主に船舶に搭載され、船舶から発生する排気ガスの汚染物質を除去することができる。

汚染物質低減装置は、海水を電気分解する浄化ユニットで生成された酸化剤によって排気ガス中の一酸化窒素を酸化させ、且つ同じ浄化ユニットで生成された中和剤によって酸性化洗浄水を中和させることにより、システムの設置及び維持費用が減少するだけでなく、船舶内のスペース活用度が増加することができる。また、浄化ユニットにおける海水の電気分解によって生成された水素を燃料電池モジュールへ供給して電気を生成するために使用し、生成された電気を浄化ユニット及びその他の装置の駆動源として使用することにより、システムをより効率よく運用することができるという特徴がある。

図１は本発明の第１実施形態に係る汚染物質低減装置を概略的に示す図、図２は図１の浄化ユニットの一例の断面図、図３は図１の燃料電池モジュールの一例の断面図である。

図１乃至図３を参照すると、本発明の第１実施形態に係る汚染物質低減装置１は、排気ガス管１０と、海水供給管２０と、洗浄水供給管３０と、スクラバー４０と、浄化ユニット５０と、燃料電池モジュール９０と、洗浄水排出管４１とを含む。

排気ガス管１０は、燃焼機関（図示せず）から排気ガスが移動する管であって、後述するスクラバー４０に接続される。排気ガス管１０は、燃焼機関の排気管に直接接続され、高温の排気ガスが直接移動したり、各種の熱交換器を通過して排気熱の大部分を再利用して残った廃ガスが移動したりする通路になれる。ここで、燃焼機関は、燃料を燃焼させて、船舶に必要な各種の動力を発生させる装置であって、例えば、メインエンジン、発電機エンジンなどから形成できる。排気ガス管１０には、複数の燃焼機関の排気管が接続でき、複数の燃焼機関は、必要に応じて選択的に動作することができる。このような燃焼機関は、通常、化石燃料を燃焼させて動力を発生させるので、化石燃料の燃焼による排気ガスを発生させる。発生した排気ガスは、多量の窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などを含んでおり、燃焼機関の一側に接続された排気ガス管１０を介してスクラバー４０へ供給される。

海水供給管２０は、外部から海水の流入を受けて供給する管であって、海水を加圧する少なくとも一つのポンプＰ１が設置され、海水をスクラバー４０へスムーズに供給することができる。しかし、海水供給管２０が海水をスクラバー４０へ供給するもことに限定されるものではなく、必要に応じてバラスト水タンク（図示せず）などへ海水を供給することもできる。

海水供給管２０の一側からは洗浄水供給管３０が分岐してスクラバー４０に接続でき、海水供給管２０と洗浄水供給管３０との接続部分には第１制御弁２５が設置できる。第１制御弁２５は、三方弁からなり、洗浄水供給管３０を介して供給される海水の量を調節したり、洗浄水供給管３０に分岐して供給される海水と、海水供給管２０を介して流動する海水との比率を調節したりすることができる。このような海水供給管２０は、洗浄水供給管３０の後段に混合管２２と海水排出管２３が順次接続される。混合管２２は後述する浄化ユニット５０から電気分解反応済みの海水が流動し、海水排出管２３は外部へ海水を排出することができる。

洗浄水供給管３０は、海水、清水、及び海水と清水との混合水のうちの少なくとも一つである洗浄水をスクラバー４０へ供給する管であって、一端部が海水供給管２０または清水供給管２６に接続され、他端部がスクラバー４０に接続され得る。すなわち、洗浄水供給管３０は、海水と清水の供給を選択的に受けることができる。以下、洗浄水が海水であると限定して、洗浄水供給管３０を介して主に海水が流入してスクラバー４０へ供給される過程をより重点的に説明する。

海水供給管２０を介して外部から流入する海水は、洗浄水供給管３０を介して流動してスクラバー４０へ供給される。スクラバー４０は、排気ガス管１０を介して流入する排気ガスに、洗浄水供給管３０を介して供給される洗浄水を噴霧して、排気ガスと洗浄水とを気液接触させる装置であって、通常の湿式スクラバー（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）であり得る。このとき、洗浄水供給管３０は、スクラバー４０の内部に位置した端部がスクラバー４０の上部に配置され、複数個に分岐して洗浄水を微粒子状に噴霧することができる。すなわち、スクラバー４０の上部に配置された洗浄水供給管３０は、排気ガス管１０が位置したスクラバー４０の下部に向かって洗浄水を噴霧し、これにより、排気ガスと洗浄水とを効果的に接触させることができる。スクラバー４０の内部で排気ガスと洗浄水とが接触することにより、排気ガスに含まれている窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などの汚染物質が除去でき、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などの汚染物質が除去された排気ガスは、別の排出管４２を介して外部へ排出できる。排出管４２を介して排出される排気ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などの汚染物質が除去された状態なので、排気基準に適合して大気中にそのまま排出することができる。

スクラバー４０の内部で汚染物質の含まれた排気ガスと接触して窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などが含まれた洗浄水は、洗浄水排出管４１を介してスクラバー４０の外部へ排出される。

一方、浄化ユニット５０は、海水を電気分解して水素と、窒素系酸化物を酸化させる酸化剤または酸性化した洗浄水を中和させる中和剤とを生成するもので、排気ガス管１０または海水供給管２０またはスクラバー４０に接続できる。つまり、浄化ユニット５０は、排気ガス管１０または海水供給管２０またはスクラバー４０に酸化剤または中和剤を供給することができる。また、浄化ユニット５０は、海水を電気分解して殺菌剤を作ることもできる。このように生成された殺菌剤は、第２注入管５７と第３注入管５８を介してスクラバー４０と海水供給管２０に供給され、海水中の微生物を殺菌することができる。その後、殺菌処理された海水は、海水排出管２３を介して海洋へ放流される前に、センサー部２４によって過剰の酸化剤量を確認する。このとき、海水に過剰の酸化剤が含まれている場合には、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）を添加して酸化剤の量を低減した後、海洋へ放出する。

浄化ユニット５０は、電気分解槽５１、陽電極板５２ａ、陰電極板５２ｂ及び整流器５３を含む。

ここで、図２を参照して説明すると、電気分解槽５１は、内部に収容空間が形成された筒またはチャンバであって、海水供給管２０を介して供給された海水が収容される。電気分解槽５１は、一側に海水供給管２０から分岐した海水流入管２１が接続されて海水の供給を受け、海水流入管２１上には少なくとも一つのポンプＰ２が設置され、海水を電気分解槽５１にスムーズに供給することができる。電気分解槽５１は、内部に陽電極板５２ａと陰電極板５２ｂが設置される。

陽電極板５２ａと陰電極板５２ｂは、電気分解槽５１の内部に海水の流動方向に配置され、一定間隔離隔して互いに向かい合って配置される。陽電極板５２ａと陰電極板５２ｂとの間には、親水性多孔質膜で形成された隔膜５４が設置され、電気分解槽５１は、内部が陽電極板５２ａの位置する第１領域５１ａと陰電極板５２ｂの位置する第２領域５１ｂに分割できる。しかし、隔膜５４が親水性多孔質膜で形成されることに限定されるものではなく、多様な構造の膜に変形することも、必要に応じて隔膜５４が省略されることもできる。このような陽電極板５２ａと陰電極板５２ｂは、それぞれケーブルを介して整流器５３と電気的に接続される。

整流器５３は、陽電極板５２ａと陰電極板５２ｂにそれぞれ整流された電流を供給する。図面上には、整流器５３が電気分解槽５１の外部に設置されたことが示されているが、これに限定されるものではなく、例えば、整流器５３は電気分解槽５１の内部に設置されてもよい。

電気分解槽５１の内部では、整流器５３から供給された電流によって、海水に含まれている塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が電気分解され、これにより、陽電極板５２ａでは酸化反応が起こって塩素ガス（Ｃｌ_２）が発生し、陰電極板５２ｂでは水素ガス（Ｈ_２）と水酸基（ＯＨ）が発生する。このとき、塩素ガス（Ｃｌ_２）と水酸基（ＯＨ）とが化学反応を起こして酸化力の強い次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）と次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）を生成する。電気分解槽５１の内部には、生成された酸化剤または殺菌剤または中和剤の濃度を測定する濃度測定センサー５５が設けられるので、整流器５３は、濃度測定センサー５５で測定された濃度値に応じて、供給される電流の強さを調節することができる。

具体的に、陽電極板５２ａでは、次の反応が起こる。
２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２＋２ｅ⁻
また、陰電極板５２ｂでは、次の反応が起こる。
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻
２Ｎａ^＋＋２ｅ⁻→２Ｎａ
Ｎａ＋Ｈ_２Ｏ→ＮａＯＨ
結論的に、
Ｃｌ_２＋２ＯＨ⁻→ＯＣｌ⁻＋Ｃｌ⁻＋Ｈ_２Ｏ
Ｎａ^＋＋ＯＣｌ⁻→ＮａＯＣｌ
ＮａＯＣｌ＋Ｈ_２Ｏ→ＨＯＣｌ

すなわち、酸化剤は、海水を電気分解して生成した次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）または次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）であり、浄化ユニット５０は、第１注入管５６を介して排気ガス管１０に酸化剤を液状に微粒子化して噴射することができる。具体的に、浄化ユニット５０は、第１注入管５６を介して排気ガス管１０に酸化剤を噴射することにより、排気ガスに含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させることができる。二酸化窒素は、一酸化窒素に比べて水に容易に溶解するので、スクラバー４０で洗浄水に溶けて容易に除去できる。第１注入管５６は、排気ガス管１０に液体酸化剤を微粒子化して噴射したり、或いは排気ガス管１０に設置された別の酸化ユニット１１を介して排気ガスに液体酸化剤を噴霧したりすることができる。酸化ユニット１１は、ノズル、超音波振動子、スプレー、加熱板などを用いて液体酸化剤を微粒子化、液滴化または蒸気化することができる。

また、中和剤は、海水を電気分解して生成した次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）または次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）の希釈液であり、浄化ユニット５０は、第２注入管５７を介してスクラバー４０に中和剤を注入することができる。具体的に、中和剤は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と硫黄酸化物（ＳＯｘ）が洗浄水と反応して酸性化洗浄水を中和させることができる。窒素酸化物（ＮＯｘ）と硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、海水と反応すると、それぞれ硝酸（ＨＮＯ_３）と硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を生成するので、浄化ユニット５０は、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）をスクラバー４０に噴射して酸性化洗浄水を中和させることができる。スクラバー４０の内部では、次の反応が起こる。
２ＮａＯＣｌ＋２ＨＮＯ_３→２ＮａＮＯ_３＋２ＨＯＣｌ
２ＮａＯＣｌ＋Ｈ_２ＳＯ_４→Ｎａ_２ＳＯ_４＋２ＨＯＣｌ

次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）は、硝酸（ＨＮＯ_３）及び硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と反応して次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）をさらに生成するので、洗浄水中に含まれている微生物を殺菌することもできる。このとき、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）は、弱い酸（ａｃｉｄｉｃ）成分を帯びているので、別途の中和剤、例えばチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加することもできる。

このような浄化ユニット５０は、第３注入管５８を介して海水供給管２０に殺菌剤を注入して、混合管２２及び海水排出管２３を介して海上へ排出される海水中の微生物を殺菌させることができる。一方、浄化ユニット５０は、第２注入管５５７を介してスクラバー４０に直接中和剤（ＮａＯＨ）を注入することもでき、浄化ユニット５０から供給された中和剤で洗浄水の中和が十分に行われない場合、別途の中和剤注入ユニット（図示せず）を追加して２次中和段階を経ることもできる。
海水の電気分解によって生成された水素は、水に対する溶解度が非常に低いので（水素溶解度：０．００１６ｇ／ｋｇ）、別の気液分離器（図示せず）を介して水から容易に分離された後、燃料電池モジュール９０へ供給できる。燃料電池モジュール９０は、酸素と浄化ユニット５０からの水素の供給を受けて電気を生成することができる。例えば、燃料電池モジュール９０は、５０℃〜２００℃の低温で運転し、小容量の出力に適した高分子電解質型燃料電池で形成できる。高分子電解質型燃料電池は、水素イオン交換特性を有する高分子膜を電解質として使用する燃料電池であって、発電効率が高く、出力密度が大きく、負荷変化に対する応答特性が速いという長所がある。しかし、燃料電池モジュール９０が高分子電解質型燃料電池で形成されることに限定されるものではなく、低温で作動する様々な燃料電池に変形できる。例えば、燃料電池モジュール９０はリン酸型燃料電池で形成されてもよい。

燃料電池モジュール９０は、酸素を含む空気と水素の供給を受けて電気を生成する。ここで、空気とは、一般的に自然状態から得られる約８０％の窒素と約２０％の酸素から構成された一般な空気に限定されるものではなく、酸素の濃度が一般な空気よりも高いか低く、一般な空気の組成物質とは異なる物質が一部含まれてもよい。すなわち、空気とは、燃料電池モジュール９０で必要な酸素を含んでいる気体を通称することができる。

図３を参照して説明すると、燃料電池モジュール９０には燃料極９０ａと空気極９０ｂが形成できる。燃料極９０ａは、浄化ユニット５０から供給された水素が供給され、燃料電池モジュール９０の一側に形成できる。空気極９０ｂは、酸素または酸素を含む空気または酸素を含む排気ガスが供給され、燃料電池モジュール９０の他側に形成され得る。燃料極９０ａに供給された水素と空気極９０ｂに供給された酸素とは化学的に反応して電気を生成し、水素と酸素とが反応する反応式は、次のとおりである。
燃料極：Ｈ_２ ⁻→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
空気極：０．５Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
全体：Ｈ_２＋０．５Ｏ_２ ⁻→Ｈ_２Ｏ＋電流＋熱

燃料極９０ａでは燃料である水素（Ｈ_２）の電気的酸化が起こり、水素イオン（２Ｈ^＋）と電子（２ｅ⁻）は空気極９０ｂへ移動する。水素イオン（２Ｈ^＋）は、燃料極９０ａと空気極９０ｂとの間に位置する高分子膜を介して燃料極９０ａから空気極９０ｂへ移動し、電子（２ｅ⁻）は、燃料極９０ａと空気極９０ｂを外部とつなぐ電気回路を介して燃料極９０ａから空気極９０ｂへ移動する。空気極９０ｂでは、酸化剤である酸素（Ｏ_２）の電気化学的還元が起こり、最終的に酸素（Ｏ_２）は、水素イオン（２Ｈ^＋）及び電子（２ｅ⁻）と反応して水（Ｈ_２Ｏ）に変わる。これと同時に直流電力が発生し、付随的に熱も発生する。発生した直流電力は、直流電動機の動力として使用されるか、或いはインバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）によって交流電力に変わって使用され得る。

このような過程を経て生成された電気は、浄化ユニット５０、海水供給管２０上に設置されたポンプＰ１、海水流入管２１上に設置されたポンプＰ２などに供給され、それぞれの動力源として使用されるか、或いは他の設備の動力源として使用され得る。燃料電池モジュール９０から生成された電気が浄化ユニット５０へ供給される場合、電気は海水を電気分解するために必要な動力源の一部として使用できる。

燃料電池モジュール９０の一側には、生成された電気を蓄積するバッテリモジュール１００が設けられてもよく、バッテリモジュール１００に蓄積された電気は、必要に応じて様々な使用先に供給されてもよい。

海水供給管２０、または海水供給管２０から分岐した海水流入管２１上には、海水に電解質を供給する電解質タンク１１０が設けられてもよく、このとき、電解質は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）であり得る。船舶は全世界の海域を運航し、海域によって、海水に含まれている塩分の濃度は互いに異なる。特に、海水に含まれている塩分の濃度があまり低い場合、浄化ユニット５０で電気分解が円滑に行われず、これにより、適切な濃度を有する酸化剤または中和剤が生成されないため、排気ガスが排出基準を満たさない場合が発生することができる。海水供給管２０または海水流入管２１上に電解質を供給する電解質タンク１１０が設けられることにより、塩化ナトリウムが少なく含まれている海水が流入した場合でも、浄化ユニット５０で電気分解が円滑に行われ、これにより、酸化剤または中和剤が容易に生成できる。

洗浄水排出管４１は、スクラバー４０内の洗浄水を排出する管であって、フィルターユニット６０を介して海水供給管２０に再び接続できる。すなわち、洗浄水排出管４１は、フィルターユニット６０を介して、洗浄水に含まれている固体状粒子を分離した後、外部へ排出することができる。洗浄水排出管４１は、必ず海水供給管２０に接続される必要はなく、独立して船舶の外部に接続されることもできる。

洗浄水排出管４１には循環管８１が接続できる。循環管８１は、洗浄水排出管４１を介して排出される洗浄水を洗浄水供給管３０へ再循環させる管であって、洗浄水を外部へ排出する必要がない場合、洗浄水をスクラバー４０へ循環させて再利用することができる。
洗浄水排出管４１と循環管８１との間には再循環タンク８０が設置できる。再循環タンク８０は、スクラバー４０を介して排出された洗浄水の一部を貯留することができ、循環管８１を介して一定量の洗浄水が循環できるように一種のバッファタンク（ｂｕｆｆｅｒ ｔａｎｋ）の役割を果たすことができる。

再循環タンク８０は、遠心分離機、重力分離器及びフィルターのいずれかを含むことで、洗浄水に含まれている固体状粒子を分離し、循環管８１を介して洗浄水を再循環させることができる。

洗浄水供給管３０は、海水供給管２０、清水供給管２６及び循環管８１に接続されており、排気ガスの濃度、スクラバー４０の処理容量、洗浄水の濃度及び汚染度などを考慮して、海水、清水、循環水を適切に混ぜてスクラバー４０へ供給することができる。

フィルターユニット６０は、スクラバー４０の後段に設置され、スクラバー４０から排出される洗浄水に含まれている固体状粒子などを分離する装置であって、再循環タンク８０と一緒に遠心分離機、重力分離器、フィルターの少なくとも一つを用いて固体状粒子を分離した後、スラッジタンク７０へ排出することができる。フィルターユニット６０は、ポンプＰ１と第１制御弁２５との間の海水供給管２０に接続できる。つまり、海水供給管２０から供給される海水は、フィルターユニット６０を通過した後、洗浄水供給管３０を介してスクラバー４０に供給され、スクラバー４０を通過した洗浄水は、再びフィルターユニット６０を通過することができる。すなわち、１つのフィルターユニット６０に外部から流入した海水とスクラバー４０を通過した洗浄水をすべてフィルタリングすることができる。また、フィルターユニット６０は、１つまたは２つを使用するが、洗浄水排出管４１を通過した洗浄水または海水供給管２０を通過した海水中に含まれている粒子の大きい物質の除去に共通または独立して使用することもできる。

フィルターユニット６０を通過した洗浄水または海水には、第３注入管５８を介して中和剤または殺菌剤が噴射できる。フィルターユニット６０と海水排出管２３との間には、海水と洗浄水との混合水が排出される混合管２２が設置でき、第３注入管５８は、海水供給管２０または混合管２２に接続できる。海水排出管２３上にはセンサー部２４が設置されており、排出される洗浄水と海水中に含まれている総残留酸化剤量（ｔｏｔａｌ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｘｉｄａｎｔ）、ｐＨ値及び微生物濃度のうちの少なくとも一つをリアルタイムで把握することができる。センサー部２４は、例えば、ＴＲＯ（Ｔｏｔａｌ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｏｘｉｄａｎｔ）センサーであり、浄化ユニット５０は、センサー部２４の結果値に応じて酸化剤、中和剤、殺菌剤の供給量を調節することができる。

混合管２２を介して排出される洗浄水と海水は海水排出管２３を介して外部へ排出される。

以下、図４及び図５を参照して、汚染物質低減装置１の作動過程についてより詳細に説明する。

図４及び図５は図１の汚染物質低減装置の作動図である。具体的には、図４は海水供給管に供給された海水がスクラバーを通過した後、外部へ直接排出される開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）方式を示すものであり、図５は海水供給管に供給された海水がスクラバーを通過した後、循環管を介して再循環する閉ループ（ｃｌｏｓｅ ｌｏｏｐ）方式を示すものである。

まず、図４を参照すると、海水供給管２０を介して流入した海水の一部は洗浄水供給管３０を介してスクラバー４０へ供給され、残りの一部は海水流入管２１を介して浄化ユニット５０へ供給される。洗浄水は、スクラバー４０の上部から噴射され、スクラバー４０の下部には、洗浄水が一定の水位に満たされ得る。このとき、排気ガス管１０を介して供給された排気ガスはスクラバー４０の下部から噴射できる。

浄化ユニット５０は、海水を電気分解して生成した酸化剤を、排気ガスがスクラバー４０へ供給される前に噴射して一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させることができる。浄化ユニット５０は、洗浄水のｐＨ値を考慮して、海水供給管２０またはスクラバー４０に中和剤を一緒に噴射することができる。

一方、排気ガスはスクラバー４０の下部に満たされた洗浄水中で噴射できる。これにより、１次に窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの汚染物質が除去できる。また、スクラバー４０の上部から噴射される洗浄水によって２次に汚染物質が除去できる。このような過程を経て排気ガス中の汚染物質は除去され、汚染物質の除去された排気ガスは排出管４２を介して外部へ排出される。

スクラバー４０を通過した洗浄水は、窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの汚染物質を含んでおり、洗浄水排出管４１を介してフィルターユニット６０へ移動する。フィルターユニット６０は、洗浄水内の固体状粒子などの汚染物質を分離してスラッジタンク７０に貯蔵し、汚染物質の分離された洗浄水は、海水排出管２３を介して外部へ排出される。このとき、センサー部２４で測定した海水排出管２３を通過する洗浄水の総残留酸化剤量とｐＨ値が基準値から外れる場合、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）を混合管２２に注入するか（図示せず）、或いは第２注入管５７を介して浄化ユニット５０で生産された中和剤をスクラバー４０に注入して、総残留酸化剤量とｐＨ値を基準値以内に合わせた後、外部へ排出する。

浄化ユニット５０で海水の電気分解によって生成された水素は、燃料電池モジュール９０へ供給され、燃料電池モジュール９０で生成された電気は、浄化ユニット５０またはポンプＰ１、Ｐ２の動力源として使用されるか或いはバッテリモジュール１００に貯蔵され得る。

一方、海水供給管２０を介して、塩化ナトリウムが少なく含まれている海水が流入した場合、電解質タンク１１０は、海水流入管２１を流動する海水に電解質を供給することができる。

次いで、図５を参照して説明すると、海水供給管２０を介して流入した海水のうち、一部はスクラバー４０へ供給され、一部は浄化ユニット５０へ供給される。スクラバー４０を通過して洗浄水排出管４１へ排出された洗浄水は、再循環タンク８０に一時貯蔵されてから、再び循環管８１を介して洗浄水供給管３０へ循環する。すなわち、図５の過程は、洗浄水が循環管８１を介して再循環すること以外は、残りの過程は図４の過程と実質的に同一である。

海水供給管２０を介して流入した海水は、洗浄水供給管３０、スクラバー４０、洗浄水排出管４１、再循環タンク８０、循環管８１を順次循環し、海水の汚染度、ｐＨ値などを考慮して、図４の過程と図５の過程を併行することができる。図５の過程は、海水の排出が制限される地域を通過する場合のように外部へ海水を排出することができない場合に使用できる。洗浄水をさらに再循環することにより洗浄水の汚染が激しい場合、フィルターユニット６０を介して固体状粒子を除去した後、外部へ排出し、再び新しい海水をスクラバー４０へ供給することができる。

図４及び図５の過程は、必要に応じて選択的または順次的に使用できる。

以下、図６乃至図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る汚染物質低減装置について詳細に説明する。

汚染物質低減装置は、硫黄酸化物と窒素酸化物を酸化させる前に微細粉塵を除去することにより、酸化効率を向上させることができる。また、酸化した排気ガスが湿式スクラバーを通過しながら二重に浄化されて排気ガス中の汚染物質を著しく低減させることができ、酸化した排気ガスが洗浄水に溶解して強酸を作って洗浄水中の微生物を死滅させることができるという特徴がある。

以下、図６及び図７を参照して、汚染物質低減装置について具体的に説明する。

図６は本発明の第２実施形態に係る汚染物質低減装置を概略的に示す図、図７は図６の前処理ユニットの一例を示す断面図である。

本発明に係る汚染物質低減装置２００は、排気ガス管２１０、洗浄水供給管２３０、スクラバー２４０、酸化ユニット２５０、前処理ユニット２６０、中和剤供給部３００及び洗浄水排出管２４１を含む。

排気ガス管２１０は、燃焼機関（図示せず）から排気ガスが移動する管であって、後述のスクラバー２４０に接続される。排気ガス管２１０は、燃焼機関の排気管に直接接続され、高温の排気ガスが直接移動したり、各種の熱交換器を通過して排気熱の大部分を再利用して残った廃ガスが移動したりする通路になれる。洗浄水供給管２３０は、海水、清水、及び海水と清水の混合水のうちの少なくとも一つである洗浄水をスクラバー２４０へ供給する管であって、一端部が海水供給管２２０または清水供給管２２６に接続され、他端部がスクラバー２４０に接続され得る。すなわち、洗浄水供給管２３０は、海水と清水の供給を選択的に受けることができる。以下、洗浄水が海水であると限定して、洗浄水供給管２３０を介して主に海水が流入してスクラバー２４０へ供給される過程をより重点的に説明する。

海水供給管２２０は、外部から海水の流入を受けて供給する管であって、海水を加圧する少なくとも一つのポンプＰ１が設置され、海水をスクラバー２４０へスムーズに供給することができる。

海水供給管２２０の一側からは洗浄水供給管２３０が分岐してスクラバー２４０に接続され、海水供給管２２０と洗浄水供給管２３０との接続部分には制御弁２２５が設置され得る。制御弁２２５は、三方弁からなり、洗浄水供給管２３０を介して供給される海水の量を調節したり、洗浄水供給管２３０に分岐して供給される海水と海水供給管２２０を介して流動する海水との比率を調節したりすることができる。混合管２２２は後述の中和剤供給部３００の中和剤が注入された海水が流動し、海水排出管２２３は外部へ海水を排出することができる。

海水供給管２２０を介して外部から流入する海水は、洗浄水供給管２３０を介して流動してスクラバー２４０へ供給される。スクラバー２４０は、排気ガス管２１０を介して流入する排気ガスに、洗浄水供給管２３０を介して供給される洗浄水を噴霧することにより、排気ガスと洗浄水とを気液接触させる装置であって、湿式スクラバー（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）であってもよい。このとき、洗浄水供給管２３０は、スクラバー２４０の内部に位置した端部がスクラバー２４０の上部に配置され、複数個に分岐して洗浄水を微粒子状に噴霧することができる。すなわち、スクラバー２４０の上部に配置された洗浄水供給管２３０は、排気ガス管２１０が位置したスクラバー２４０の下部に向かって洗浄水を噴霧し、これにより、排気ガスと洗浄水とを効果的に接触させることができる。スクラバー２４０の内部で排気ガスと洗浄水とが接触することにより、排気ガスに含まれている窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などの汚染物質が除去でき、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などの汚染物質が除去された排気ガスは、別途の排出管２４２を介して外部へ排出できる。排出管２４２を介して排出される排気ガスは、窒素酸化物、硫黄酸化物、及び粉塵などの汚染物質が除去された状態なので、排気基準に適合して大気中にそのまま排出することができる。

スクラバー２４０の内部で汚染物質の含まれている排気ガスと接触して窒素酸化物、硫黄酸化物及び粉塵などが含まれている洗浄水は、洗浄水排出管２４１を介してスクラバー２４０の外部へ排出される。このとき、スクラバー２４０内の洗浄水は、窒素酸化物と硫黄酸化物が溶解して強酸性の硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と硝酸（ＨＮＯ_３）を形成するので、洗浄水に含まれている微生物を死滅させることができる。

一方、排気ガス管２１０を介して供給される排気ガスは、前処理ユニット２６０を通過して微細粉塵が除去され、酸化ユニット２５０を通過して１次に浄化され、さらにスクラバー２４０を介して２次に浄化され得る。

酸化ユニット２５０は、パルスコロナ放電または紫外線照射を行うことにより、排気ガスを酸化させる装置であって、排気ガス管２１０に接続できる。以下、酸化ユニット２５０がパルスコロナ放電をして排気ガスを酸化させる構造をより重点的に説明する。

酸化ユニット２５０は、パルス高電圧によってコロナ放電がなされると、排気ガスがプラズマ状態になってオゾンとＯ_２、ＯＨなどの酸化性ラジカルを発生させ、窒素酸化物や硫黄酸化物などの汚染物質を除去する。酸化ユニット２５０は、排気ガスが次の反応式に基づいて反応して排ガス中の汚染物質、すなわち、硫酸化物または窒素酸化物を酸化させることができる。
＜反応式＞
ＮＯ＋Ｏ→ＮＯ_２
ＮＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＮＯ_２＋ＯＨ⁻
ＮＯ＋ＯＨ⁻→ＨＮＯ_２
ＨＮＯ_２＋ＯＨ⁻→ＮＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２
ＮＯ_２＋ＯＨ⁻→ＨＮＯ_３
ＳＯ_２＋ＯＨ⁻→ＨＳＯ_３ ⁻
ＨＳＯ_３ ⁻＋ＯＨ⁻→Ｈ_２ＳＯ_４
ＳＯ_２＋Ｏ→ＳＯ_３ ^２−
ＳＯ_３ ^２−＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２ＳＯ_４

前処理ユニット２６０は、排気ガスに含まれている微細な粉塵を除去する装置であって、排気ガス管２１０に接続されるが、酸化ユニット２５０の前段に位置することができる。前処理ユニット２６０は、微細粉塵に水分子を噴射して、排気ガスの微細粉塵の濃度を減少させるか、微細粉塵の透過率が低い分離膜を用いて微細粉塵の濃度を減少させるか、或いはサイクロン（ｃｙｃｌｏｎｅ）方式の遠心分離機を用いて微細粉塵の濃度を減少させることができる。以下、図７を参照して、前処理ユニット２６０が微細粉塵に水分子を噴射して排気ガスの微細粉塵の濃度を減少させる構造をより重点的に説明する。

海水供給管２２０は、一側が分枝して前処理ユニット２６０に接続でき、外部から流入した海水を前処理ユニット２６０に噴射することができる。このとき、海水供給管２２０の端部にはノズルユニット２６２が結合されるので、海水を微粒子化して噴射することができる。また、清水供給管２２６は、一側が分枝して前処理ユニット２６０に接続でき、清水を前処理ユニット２６０に噴射することができる。このとき、清水供給管２２６の端部にはノズルユニット２６２が結合されるので、清水を微粒子化して噴射することができる。すなわち、前処理ユニット２６０は、海水、清水、または海水と清水との混合水の供給を選択的に受けることができる。

前処理ユニット２６０に海水、清水、または海水と清水との混合水が噴射されることにより、排気ガス中の微細粉塵は水分子を吸収して沈み、これにより、前処理ユニット２６０を通過して酸化ユニット２５０へ供給される排気ガスの微細粉塵の濃度が減少することができる。酸化ユニット２５０に微細粉塵濃度の減少した排気ガスが供給されることにより、酸化ユニット２５０の内部に位置してパルスコロナ放電を誘導する電極（図示せず）に微細粉塵が吸着することを防止することができるため、排気ガスの酸化効率が向上できる。また、酸化ユニット２５０が紫外線を照射する場合、微細粉塵が紫外線の照射経路を遮断することを防止することができるため、酸化効率が向上できる。

しかし、海水供給管２２０及び清水供給管２２６の端部にノズルユニット２６２が結合されることに限定されるものではなく、海水または清水を微粒子化して噴射することができる多様な構造に変形できる。例えば、前処理ユニット２６０と海水供給管２２０との間、または前処理ユニット２６０と清水供給管２２６との間には、水蒸気を発生させる水蒸気発生ユニット（図示せず）が結合されてもよい。ここで、水蒸気とは、水の完全な気体状態のみを意味するのではなく、液体状態の水が霧化して小さな粒子をなす状態を含むことができる。水蒸気発生ユニットで発生した水蒸気は、ポンピングユニット（図示せず）を介して前処理ユニット２６０の内部に高圧で噴射できる。

前処理ユニット２６０の一側に捕集管２６１が接続できる。捕集管２６１は、前処理ユニット２６０を通過した海水または清水を洗浄水供給管２３０へ供給する管であって、必要に応じて選択的に開放できる。捕集管２６１は、前処理ユニット２６０を通過した海水または清水を後述の循環管２９１に供給することもできる。すなわち、捕集管２６１は、分岐して洗浄水供給管２３０に接続されるか或いは循環管２９１に接続され得る。

一方、スクラバー２４０の内部に生成された硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と硝酸（ＨＮＯ_３）は、中和剤供給部３００を介して供給された中和剤によって中和できる。例えば、中和剤は、アルカリ溶液、すなわち、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）であり、海水などを電気分解して得ることができる。したがって、中和剤供給３００は、単に中和剤が貯蔵された中和剤タンクを含むこともでき、電気分解装置を含めて中和剤を直接生産する装置であってもよい。中和剤供給部３００が電気分解装置を含めて中和剤を直接生産する場合、中和剤供給部３００の一側には海水供給管２２０から分岐した海水流入管２２１が接続されることにより、海水の供給を受けることができる。海水流入管２２１上には少なくとも一つのポンプＰ２が設置され、海水を中和剤供給部３００へスムーズに供給することができる。

中和剤供給部３００は、中和剤をスクラバー２４０に供給するか、海水供給管２２０に供給するか、或いは捕集管２６１に供給することができる。つまり、中和剤供給部３００は、第１注入管３１０を介してスクラバー２４０に中和剤を供給するか、或いは第２注入管３２０を介して海水供給管２２０に中和剤を供給するか、或いは第３注入管３３０を介して捕集管２６１に中和剤を供給することができる。

中和剤供給部３００が中和剤をスクラバー２４０に供給する場合、洗浄水が排気ガスと接した後、順次接するように制御することができる。すなわち、洗浄水内の微生物の殺菌のために、排気ガスと洗浄水とが先ず接して硫酸と硝酸によって微生物を死滅させた後、中和剤が洗浄水に混ぜられて洗浄水を適正のｐＨとなるように中和させることができる。このような過程を経てスクラバー２４０内で排気ガス内の汚染物質を除去し、洗浄水の微生物を死滅させ、洗浄水を中和させる過程が一度に行われ得る。

前述したように、捕集管２６１の内部は、前処理ユニット２６０を通過した海水または清水が流動する。前処理ユニット２６０を通過した海水または清水は、微細粉塵や汚染物質などを含有して酸性を帯びるので、中和剤供給部３００は、中和剤を供給してｐＨを適切に調節することができる。

洗浄水排出管２４１は、スクラバー２４０内の洗浄水を排出する管であって、フィルターユニット２７０を介して海水供給管２２０に再び接続できる。すなわち、洗浄水排出管２４１は、フィルターユニット２７０を介して、洗浄水に含まれている固体状粒子を分離した後、外部へ排出することができる。しかし、洗浄水排出管２４１は、必ず海水供給管２２０に接続される必要はなく、独立して船舶の外部に接続されてもよい。

洗浄水排出管２４１には循環管２９１が接続できる。循環管２９１は、洗浄水排出管２４１を介して排出される洗浄水を洗浄水供給管２３０へ再循環させる管であって、洗浄水を外部へ排出する必要がない場合、洗浄水をスクラバー２４０へ循環させて再利用することができる。洗浄水排出管２４１と循環管２９１との間には再循環タンク２９０が設置できる。再循環タンク２９０は、スクラバー２４０を介して排出された洗浄水の一部を貯蔵することができ、循環管２９１を介して一定量の洗浄水が循環できるように一種のバッファタンク（ｂｕｆｆｅｒ ｔａｎｋ）の役割を果たすことができる。再循環タンク２９０は、遠心分離機、重力分離器及びフィルターのいずれかを含み、洗浄水に含まれている固体状粒子を分離し、循環管２９１を介して洗浄水を再循環させることができる。

洗浄水供給管２３０は、海水供給管２２０、清水供給管２２６、循環管２９１及び捕集管２６１に接続されており、排気ガスの濃度、スクラバー２４０の処理容量、洗浄水の濃度及び汚染度などを考慮して、海水、清水、循環水を適切に混ぜてスクラバー２４０へ供給することができる。

フィルターユニット２７０は、スクラバー２４０の後段に設置され、スクラバー２４０から排出される洗浄水に含まれている固体状粒子などを分離する装置であって、再循環タンク２９０と一緒に遠心分離機、重力分離器及びフィルターの少なくとも一つを用いて固体状粒子を分離した後、スラッジタンク２８０へ排出することができる。フィルターユニット２７０は、ポンプＰ１と制御バルブ２２５との間の海水供給管２２０に接続できる。すなわち、海水供給管２２０から供給される海水は、フィルターユニット２７０を通過した後、洗浄水供給管２３０を介してスクラバー２４０へ供給され、スクラバー２４０を通過した洗浄水は、再びフィルターユニット２７０を通過することができる。すなわち、１つのフィルターユニット２７０によって、外部から流入した海水とスクラバー２４０を通過した洗浄水を両方ともフィルタリングすることができる。また、フィルターユニット２７０は、１つまたは２つを使用するが、洗浄水排出管２４１を通過した洗浄水または海水供給管２２０を通過した海水中に含まれている粒子の大きい物質の除去に共通または独立して使用することもできる。

フィルターユニット２７０を通過した洗浄水または海水には、第２注入管３２０を介して中和剤または殺菌剤が噴射できる。フィルターユニット２７０と海水排出管２２３との間には、海水と洗浄水との混合水が排出される混合管２２２が設置でき、第２注入管３２０は、海水供給管２２０または混合管２２２に接続できる。海水排出管２２３上にはセンサー部２２４が設置されており、排出される洗浄水と海水中に含まれている総残留酸化剤量（ｔｏｔａｌ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｘｉｄａｎｔ）、ｐＨ値及び微生物濃度のうちの少なくとも一つをリアルタイムで把握することができる。センサー部２２４は、例えば、ＴＲＯ（Ｔｏｔａｌ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｏｘｉｄａｎｔ）センサーであり、中和剤供給部３００は、センサー部２２４の結果値に応じて酸化剤、中和剤、殺菌剤の供給量を調節することができる。

混合管２２２から排出される洗浄水と海水は海水排出管２２３を介して外部へ排出される。

図８は図６の前処理ユニットの他の例を示す断面図である。

図８を参照すると、前処理ユニット２６０ａは、微細粉塵の透過率が低い分離膜２６３を用いて微細粉塵の濃度を減少させる。本発明の他の実施形態に係る前処理ユニット２６０ａは、微細粉塵の透過率が低い分離膜２６３を用いて微細粉塵の濃度を減少させること以外は、前述した実施形態と実質的に同一である。よって、これを中心に説明するが、別の記載がない限り、残りの構成部についての説明は前述した事項で代替する。

前処理ユニット２６０ａは、少なくとも一つの分離膜２６３を用いて、酸化ユニット２５０に流入する排気ガスの微細粉塵の濃度を減少させる。分離膜２６３は、微細粉塵の透過率が低いため、微細粉塵の透過を遮断する膜を意味する。本発明において、分離膜２６３は、微細粉塵の透過を完全に遮断することができる膜に限定されるものではなく、微細粉塵の濃度を調節することができる程度の分離膜であればいずれでもよい。

分離膜２６３は、図示の如く、前処理ユニット２６０ａの内部に設置されてもよく、排気ガス管２１０の内部に直接設置されてもよい。また、分離膜２６３は、排気ガスの移動方向に沿って多段に配置され、微細粉塵の濃度を段階的に減少させることもできる。

分離膜２６３は、前処理ユニット２６０ａを横方向に分割して第１領域Ａ１と第２領域Ａ２に分離することができる。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２は、分離膜２６３を挟んでそれぞれ両側に形成され、第１領域Ａ１は燃焼機関に連結される領域であり、第２領域Ａ２は酸化ユニット２５０に連結される領域であり得る。このとき、第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１よりも低い圧力に設定され、排気ガス管２１０を介して流入した排気ガスは、第１領域Ａ１から分離膜２６３を介して第２領域Ａ２へ移動することができる。前述したように、分離膜２６３は、微細粉塵の透過率が低い特性を有するので、排気ガス管２１０を介して流入した排気ガスに含まれている微細粉塵が透過することを遮断することができる。すなわち、第２領域Ａ２に存在する排気ガスの微細粉塵の濃度は、第１領域Ａ１に存在する排気ガスの微細粉塵の濃度よりも低く維持できる。

図９は図６の前処理ユニットの別の例を示す断面図である。

図９を参照すると、前処理ユニット２６０ｂは、サイクロン（ｃｙｃｌｏｎｅ）方式の遠心分離機２６４を用いて微細粉塵の濃度を減少させる。本発明の別の実施形態に係る前処理ユニット２６０ｂは、サイクロン（ｃｙｃｌｏｎｅ）方式の遠心分離機２６４を用いて微細粉塵の濃度を減少させること以外は、前述した実施形態と実質的に同様である。よって、これを重点的に説明するが、別の記載がない限り、残りの構成部についての説明は前述した事項で代替する。

前処理ユニット２６０ｂは、排気ガス管２１０を介して供給される排気ガスの供給を受けて微細粉塵を分離するが、このとき、遠心分離機２６４を用いることができる。遠心分離機２６４は、図示の如く、サイクロン方式の固体分離装置に形成される。すなわち、排気ガス管２１０から供給される微細粉塵が含まれている排気ガスを遠心分離機２６４の内部へ接線方向に供給すると、密度の差によって、微細粉塵の除去された排気ガスと微細粉塵に分離される。微細粉塵は遠心力によって旋回しながら円錐壁に集まり、円錐部２６４ａを介して排出される。微細粉塵の除去された排気ガスは、遠心分離機２６４の中心部に集まって旋回渦を形成しながら上昇して円筒部２６４ｂを介して排出される。円錐部２６４ａを介して排出された微細粉塵、及び微細粉塵を含む排気ガスは別途の粒子除去器に供給され、円筒部２６４ｂを介して排出された微細粉塵の除去された排気ガスは排気ガス管２１０を介して酸化ユニット２５０へ供給される。

以下、図１０及び図１１を参照して、汚染物質低減装置２００の作動過程についてより詳細に説明する。

図１０は海水供給管へ供給された海水がスクラバーを通過した後、外部へ直接排出される開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）方式を示すものであり、図１１は海水供給管に供給された海水がスクラバーを通過した後、循環管を介して再循環する閉ループ（ｃｌｏｓｅ ｌｏｏｐ）方式を示すものである。

まず、図１０を参照すると、海水供給管２２０を介して流入した海水のうち、一部は洗浄水供給管２３０を介してスクラバー２４０へ供給され、一部は海水流入管２２１を介して中和剤供給部３００へ供給され得る。洗浄水はスクラバー２４０の上部から噴射され、スクラバー２４０の下部には洗浄水が一定の水位に満たされ得る。このとき、排気ガス管２１０を介して供給される排気ガスは、前処理ユニット２６０と酸化ユニット２５０を順次経た後、スクラバー２４０の下部から噴射できる。前処理ユニット２６０は、海水供給管２２０から海水の供給を受けて微細粉塵に噴射し、酸化ユニット２５０は、パルスコロナ放電または紫外線照射を行うことにより、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させることができる。

中和剤供給部３００は、海水を電気分解して中和剤を生成することができ、洗浄水のｐＨ値を考慮して、海水供給管２２０またはスクラバー２４０に中和剤を噴射することができる。また、中和剤供給部３００は、前処理ユニット２６０を通過した後、捕集管２６１を流動する海水に中和剤を噴射してｐＨを調節することができる。ｐＨの調節された捕集管２６１内の海水は、洗浄水供給管２３０を介してスクラバー２４０へ供給できる。
一方、排気ガスは、スクラバー２４０の下部に満たされた洗浄水中で噴射でき、これにより、一次に窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの汚染物質が除去できる。また、スクラバー２４０の上部から噴射される洗浄水によって２次に汚染物質が除去できる。このような過程を経て排気ガス中の汚染物質は除去され、汚染物質の除去された排気ガスは排出管２４２を介して外部へ排出される。

スクラバー２４０を通過した洗浄水は、窒素酸化物、硫黄酸化物、粉塵などの汚染物質を含んでおり、洗浄水排出管２４１を介してフィルターユニット２７０へ移動する。フィルターユニット２７０は、洗浄水中の固体状粒子などの汚染物質を分離してスラッジタンク２８０に貯蔵し、汚染物質が分離された洗浄水は海水排出管２２３を介して外部へ排出される。このとき、センサー部２２４で測定した、海水排出管２２３を通過する洗浄水の総残留酸化剤量とｐＨ値が基準値から外れた場合、チオ硫酸ナトリウム混合管２２２に注入するか（図示せず）、或いは、中和剤供給部３００で生成された中和剤を第１注入管３１０を介してスクラバー２４０に注入することにより、総残留酸化剤量とｐＨ値を基準値以内に合わせた後、外部へ排出する。

次いで、図１１を参照して説明すると、海水供給管２２０を介して流入した海水のうち、一部はスクラバー２４０に供給されて洗浄水として使用され、一部は中和剤供給部３００へ供給されて中和剤の生成に使用される。排気ガス管２１０を介して供給される排気ガスは、前処理ユニット２６０と酸化ユニット２５０を順次経た後、スクラバー２４０に噴射されるが、前処理ユニット２６０は、海水供給管２２０から供給された海水を微細粉塵に噴射して排気ガスの微細粉塵の濃度を減少させる。

スクラバー２４０を通過して洗浄水排出管２４１を介して排出された洗浄水は、再循環タンク２９０に一時貯蔵されてから、さらに循環管２９１を介して洗浄水供給管２３０へ循環する。

中和剤供給部３００は、洗浄水のｐＨ値を考慮して、スクラバー２４０と捕集管２６１に中和剤を噴射し、ｐＨの調節された捕集管２６１内の海水は循環管２９１に供給できる。

海水供給管２２０を介して流入した海水は、洗浄水供給管２３０、スクラバー２４０、洗浄水排出管２４１、再循環タンク２９０、循環管２９１を順次循環し、海水の汚染度、ｐＨ値などを考慮して、図１０の過程及び図１１の過程を併行することができる。図１１の過程は、海水の排出が制限される地域を通過する場合のように、外部へ海水を排出することができない場合に使用できる。

以下、図１２乃至図１４を参照して、本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置について詳細に説明する。

本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置は、気液接触の前に酸化させた硫黄酸化物と窒素酸化物に液状触媒を注入して、酸化した硫黄酸化物と窒素酸化物が再び還元されることを防止することができる。よって、硫黄酸化物及び窒素酸化物の低減効果を向上させることができるとともに、酸化した排気ガスが湿式スクラバーを通過して二重に浄化されるので、排気ガス中の汚染物質を著しく低減させることができるという特徴がある。
図１２は本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置を概略的に示す図である。

本発明に係る汚染物質低減装置４００は、排気ガス管４１０、洗浄水供給管４２０、スクラバー４３０、酸化ユニット４４０、液状触媒注入ユニット４５０、及び洗浄水排出管４３１を含む。

排気ガス管４１０は、燃焼機関（図示せず）から排気ガスが移動する管であって、後述のスクラバー４３０に接続される。排気ガス管４１０は、燃焼機関の排気管に直接接続され、高温の排気ガスが直接移動したり、各種の熱交換器を通過して排気熱の大部分を再利用して残った廃ガスが移動したりする通路になれる。発生した排気ガスは、多量の窒素酸化物、硫黄酸化物、及び微細粉塵などを含んでおり、燃焼機関の一側に接続された排気ガス管４１０を介してスクラバー４３０へ供給される。

洗浄水供給管４２０は、海水、清水、及び海水と清水の混合水のうちの少なくとも一つである洗浄水をスクラバー４３０へ供給する管であって、一端部が海水供給管４２１または清水供給管４２７に接続され、他端部がスクラバー４３０に接続され得る。

海水供給管４２１は、外部から海水の流入を受けて供給する管であって、海水を加圧する少なくとも一つのポンプＰ１が設置され、海水をスクラバー４３０へスムーズに供給することができるが、これに限定されるものではない。

海水供給管４２１の一側には洗浄水供給管４２０が分岐してスクラバー４３０に接続され、海水供給管４２１と洗浄水供給管４２０との接続部分には制御弁４２６が設置され得る。制御弁４２６は、三方弁からなり、洗浄水供給管４２０へ供給される海水の量を調節したり、洗浄水供給管４２０に分岐して供給される海水と海水供給管４２１へ供給される海水との比率を適切に調節したりすることができる。

海水供給管４２１を介して外部から流入した海水は、洗浄水供給管４２０を介して流動してスクラバー４３０へ供給される。スクラバー４３０は、排気ガス管４１０を介して供給される排気ガスに、洗浄水供給管４２０を介して供給される洗浄水を噴霧することにより、排気ガスと洗浄水とを気液接触させる装置であって、湿式スクラバーであってもよい。このとき、洗浄水供給管は、スクラバー４３０の内部に位置した端部がスクラバー４３０の上部に配置され、複数個に分岐して洗浄水を微粒子状に噴霧することができる。

汚染物質の含まれた排気ガスと接触して窒素酸化物、硫黄酸化物及び微細粉塵などが含まれた洗浄水は、洗浄水排出管４３１を介してスクラバー４３０の外部へ排出される。
一方、排気ガス管４１０を介して供給される排気ガスは、酸化ユニット４４０を介して１次に浄化され、スクラバー４３０を介して２次に浄化され得る。

酸化ユニット４４０は、パルスコロナ放電または紫外線の照射または酸化剤の噴射によって排気ガスを酸化させる装置であって、排気ガス管４１０に接続できる。すなわち、排気ガス管４１０を流動する排気ガスに含まれている一酸化窒素は、酸化ユニット４４０によって二酸化窒素に酸化できる。二酸化窒素は、一酸化窒素に比べて水に容易に溶けるので、スクラバー４３０で洗浄水に容易に溶けて除去できる。

酸化ユニット４４０がパルスコロナ放電をして排気ガスを酸化させる場合、パルス高電圧によってコロナ放電がなされると、排気ガスがプラズマ状態になってオゾンとＯ_２、ＯＨなどの酸化性ラジカルを発生させて窒素酸化物や硫黄酸化物を酸化させることができる。また、酸化ユニット４４０が酸化剤を噴射して排気ガスを酸化させる場合、ノズル、超音波振動子、スプレー、加熱板などを用いて液体酸化剤を微粒子化、液滴化または蒸気化することができる。

酸化ユニット４４０を介して１次に浄化された排気ガスは、スクラバー４３０へ供給される前に液状触媒注入ユニット４５０を通過することができる。

液状触媒注入ユニット４５０は、排気ガスを酸化状態に維持させる装置であって、酸化ユニット４４０の後段の排気ガス管４１０に接続できる。酸化ユニット４４０によって人為的に酸化した排気ガスは、再び元の状態に容易に還元できる。排気ガスが再び還元されると、スクラバー４３０で洗浄水に容易に溶けて除去されないので、排気ガスが酸化状態でスクラバー４３０に流入することができるように制御しなければならない。液状触媒注入ユニット４５０は、酸化した排気ガスに液状触媒を注入して、排気ガスを酸化状態に維持させる。液状触媒は、石油やディーゼルなどのオイル（ｏｉｌ）に含まれている有機硫化物を酸化させて得た有機硫黄酸化物（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅｓ）であって、水とスルホキシド（ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）の重量比が３０〜７０：７０〜３０であり得る。酸化した排気ガスに有機硫黄酸化物たる液状触媒を注入することにより、排気ガスが再び還元されずに酸化状態を維持してスクラバー４３０へ供給できる。しかし、液状触媒注入ユニット４５０が酸化ユニット４４０の後段の排気ガス管４１０または洗浄水供給管４２０に接続されることに限定されるものではなく、液状触媒注入ユニット４５０の位置は多様に変形できる。例えば、液状触媒注入ユニット４５０は、酸化ユニット４４０の内部に酸化ユニット４４０と一体にまたは別個に形成されるか、或いはスクラバー４３０の内部にスクラバー４３０と一体にまたは別個に形成され得る。

一方、スクラバー４３０の内部に生成された硫酸と硝酸は、中和剤供給部４７０を介して供給された中和剤によって中和できる。例えば、中和剤は、アルカリ溶液、すなわち水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）であり、海水などを電気分解して得ることができる。したがって、中和剤供給部４７０は、単に中和剤が貯蔵された中和剤タンクから形成されるか、或いは電気分解装置を含めて中和剤を直接生産する装置から形成され得る。中和剤供給部４７０が電気分解装置を含めて中和剤を直接生産する場合、中和剤供給部４７０の一側には海水供給管４２１から分岐した海水流入管４２２が接続されることにより、海水の供給を受けることができる。海水流入管４２２上には少なくとも一つのポンプＰ２が設置されることにより、海水を中和剤供給部４７０へスムーズに供給することができる。

中和剤供給部４７０は、中和剤をスクラバー４３０へ供給するか、或いは海水供給管４２１へ供給することができる。中和剤供給部４７０が中和剤をスクラバー４３０に供給する場合、洗浄水が排気ガスと接した後に順次接するように供給タイミングを制御することができる。

海水供給管４２１、または海水供給管４２１から分岐した海水流入管４２２上には、海水に電解質を供給する電解質タンク５２０が設けられてもよい。このとき、電解質は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）であってもよい。

洗浄水排出管４３１は、スクラバー４３０内の洗浄水を排出する管であって、フィルターユニット４８０を介して海水供給管４２１に接続できる。

洗浄水排出管４３１上には分離ユニット４６０が接続できる。分離ユニット４６０は、洗浄水に含まれている液状触媒を分離する装置であって、洗浄水との比重差を用いて液状触媒を分離することができる。すなわち、分離ユニット４６０は、重力分離方式で、洗浄水に含まれている液状触媒を分離する。液状触媒は、比重が約０．８５であって洗浄水よりも小さい。したがって、相対的に比重が大きい洗浄水は分離ユニット４６０の下側に配置され、比重が小さい液状触媒は分離ユニット４６０の上側に配置されることにより、洗浄水と液状触媒は完全に互いに分離できる。しかし、分離ユニット４６０が重力分離方式で液状触媒を分離することに限定されるものではなく、洗浄水に含まれている液状触媒を分離することができる様々な方式で変形できる。分離ユニット４６０が、洗浄水に含まれている液状触媒を分離することにより、汚染物質低減装置４００が開ループで動作する場合、液状触媒が洗浄水と一緒に船外へ排出されることを防止することができる。分離された液状触媒は液状触媒注入ユニット４５０に循環できる。

循環ライン４６１は、分離ユニット４６０で分離された液状触媒を液状触媒注入ユニット４５０へ再循環させる管であって、分離ユニット４６０と液状触媒注入ユニット４５０とを互いに接続することができる。循環ライン４６１は、洗浄水を外部へ排出する場合、すなわち、汚染物質低減装置４００が開ループで動作する場合に開放され、液状触媒を液状触媒注入ユニット４５０へ循環させることができる。

洗浄水排出管４３１には再循環管５１０も接続できる。

洗浄水排出管４３１と再循環管５１０との間には再循環タンク５００が設置できる。再循環タンク５００は、遠心分離機、重力分離器及びフィルターのいずれかを含み、洗浄水に含まれている固体状粒子を分離し、再循環管５１０を介して再循環させることができる。

洗浄水供給管４２０は、海水供給管４２１、清水供給管４２７及び再循環管５１０に接続されており、排気ガスの濃度、スクラバー４３０の処理容量、洗浄水の濃度及び汚染度などを考慮して、海水、清水、循環水を適切に混ぜてスクラバー４３０へ供給することができる。

フィルターユニット４８０は、スクラバー４３０の後段に設置され、スクラバー４３０から排出される洗浄水に含まれている固体状粒子を分離する装置であって、再循環タンク５００と一緒に遠心分離機、重力分離器及びフィルターのいずれかを用いて固体状粒子を分離した後、スラッジタンク４９０へ排出することができる。

フィルターユニット４８０を通過した洗浄水または海水には、中和剤供給部４７０から中和剤が注入できる。中和剤は、海水と洗浄水との混合水が排出される混合管４２３に注入することができ、混合管４２３は、フィルターユニット４８０と海水排出管４２４との間を接続することができる。海水排出管４２４上にはセンサー部４２５が設置されている。

以下、図１３及び図１４を参照して、汚染物質低減装置４００の作動過程についてさらに詳細に説明する。図１３及び図１４は本発明の第３実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。

本発明に係る汚染物質低減装置４００は、気液接触の前に酸化させた硫黄酸化物と窒素酸化物に液状触媒を注入して、酸化した硫黄酸化物と窒素酸化物が再び還元されることを防止することができる。よって、硫黄酸化物及び窒素酸化物の低減効果を向上させることができ、酸化した排気ガスが湿式スクラバーを通過して二重に浄化されるので、排気ガス中の汚染物質を著しく低減させることができる。

図１３は海水がスクラバーを通過した後に外部へ排出される開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）方式を示す図、図１４は海水がスクラバーを通過した後に再循環管を介して再循環する閉ループ（ｃｌｏｓｅ ｌｏｏｐ）方式を示す図である。

まず、図１３を参照して説明すると、海水供給管４２１を介して流入した海水のうち、一部は洗浄水供給管４２０を介してスクラバー４３０へ供給され、残りの一部は海水流入管４２２を介して中和剤供給部４７０へ供給される。洗浄水はスクラバー４３０の上部から下部に向かって噴射され、スクラバー４３０の下部には洗浄水が漸次満たされ得る。このとき、排気ガス管４１０を介して供給される排気ガスは、酸化ユニット４４０と液状触媒注入ユニット４５０を順次経た後、酸化した状態でスクラバー４３０の下部から上部に向かって噴射できる。酸化ユニット４４０は、放電、紫外線の照射または酸化剤の噴射によって、排気ガスに含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させ、液状触媒注入ユニット４５０は、酸化した排気ガスに液状触媒を注入して排気ガスの酸化状態を維持させる。

中和剤供給部４７０は、中和剤を貯蔵または生成し、洗浄水のｐＨ値を考慮して、海水供給管４２１またはスクラバー４３０に中和剤を噴射することができる。

排気ガスは、スクラバー４３０の下部に満たされた洗浄水中で噴射され、これにより、１次に窒素酸化物、硫黄酸化物、微細粉塵などの汚染物質が除去され得る。また、スクラバー４３０の上部から噴射される洗浄水によって２次に汚染物質が除去できる。このような過程によって排気ガス中の汚染物質は除去され、汚染物質の除去された排気ガスは排出管４３２を介して外部へ排出される。

スクラバー４３０を通過した洗浄水は、窒素酸化物、硫黄酸化物、微細粉塵などの汚染物質を含んでおり、洗浄水排出管４３１を介してスクラバー４３０の外部へ排出される。洗浄水排出管４３１上には分離ユニット４６０が設置されるので、液状触媒は洗浄水から分離されて循環ライン４６１を介して液状触媒注入ユニット４５０へ循環し、液状触媒が分離された洗浄水のみがフィルターユニット４８０へ移動する。フィルターユニット４８０は、洗浄水内の固体状粒子などの汚染物質を分離してスラッジタンク４９０に貯蔵し、汚染物質の分離された洗浄水は、海水排出管４２４を介して船舶の外部へ排出される。このとき、センサー部４２５で測定した海水排出管４２４を通過する洗浄水の総残留酸化剤量とｐＨ値が基準値から外れた場合、中和剤供給部４７０から中和剤をスクラバー４３０または混合管４２３に注入して総残留酸化剤量とｐＨ値を基準値以内に合わせた後、外部へ排出する。

一方、海水供給管４２１を介して、塩化ナトリウムが少なく含まれている海水が流入する場合、電解質タンク５２０は、海水流入管４２２を流動する海水に電解質を供給することもできる。

次いで、図１４を参照して説明すると、海水供給管４２１を介して流入した海水のうち、一部はスクラバー４３０へ供給され、一部は中和剤供給部４７０へ供給される。スクラバー４３０を通過して洗浄水排出管４３１へ排出された洗浄水は、液状触媒を含んだ状態で再循環タンク５００に一時貯蔵されてからさらに再循環管５１０を介して洗浄水供給管４２０へ供給される。すなわち、図１４の過程は洗浄水排出管４３１を介して排出された洗浄水が船外へ排出されず、液状触媒を含んだ状態で再循環管５１０を介して洗浄水供給管４２０へ再循環すること以外は、残りの過程は図１３の過程と同一である。

酸化した排気ガスに液状触媒注入ユニット４５０を介して注入された液状触媒は、排気ガス管４１０、スクラバー４３０、洗浄水排出管４３１、分離ユニット４６０、循環ライン４６１を順次循環し、液状触媒の汚染度などを考慮して、図１３の過程と図１４の過程とを併行することができる。

また、海水供給管４２１を介して流入した海水は、洗浄水供給管４２０、スクラバー４３０、洗浄水排出管４３１、分離ユニット４６０、再循環タンク５００、及び再循環管５１０を順次循環し、洗浄水の汚染度、ｐＨ値などを考慮して、図１３の過程と図１４の過程とを併行することができる。

図１４の過程は海水の排出が制限される地域を通過する場合のように外部へ海水を排出することができない場合に運用でき、図１３と図１４の過程は必要に応じて選択的にまたは順次的に運用できる。

以下、図１５及び図１６を参照して、本発明の第４実施形態に係る汚染物質低減装置４００について詳細に説明する。図１５及び図１６は本発明の第４実施形態に係る汚染物質低減装置の作動図である。

本発明の第４実施形態に係る汚染物質低減装置４００は、排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する前処理ユニット５３０をさらに含む。本発明の第４実施形態に係る汚染物質低減装置４００は、排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する前処理ユニット５３０をさらに含むこと以外は、前述した実施形態と実質的に同一である。よって、これを中心に説明するが、別の記載がない限り、残りの構成部についての説明は前述した事項で代替する。

前処理ユニット５３０は、排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する装置であって、酸化ユニット４４０の前段の排気ガス管４１０に接続できる。前処理ユニット５３０は、微細粉塵に水分子を噴射するか、微細粉塵の透過率が低い分離膜を利用するか、或いはサイクロン方式の遠心分離機を用いて、排気ガスの微細粉塵の濃度を減少させることができる。

海水供給管４２１は、一側が分岐して前処理ユニット５３０に接続でき、外部から流入した海水を前処理ユニット５３０に噴射することができる。このとき、海水供給管４２１は、フィルターユニット４８０の後端から分岐して、１次にフィルタリングされた海水を前処理ユニット５３０に供給することができ、端部にノズルユニット（図示せず）が形成されて海水を微粒子化して噴射することができる。また、清水供給管４２７は、一側が分岐して前処理ユニット５３０に接続でき、清水を前処理ユニット５３０に噴射することができる。このとき、清水供給管４２７の端部にはノズルユニット（図示せず）が形成されるため、清水を微粒子化して噴射することができる。すなわち、前処理ユニット５３０は、海水、清水、または海水と清水との混合水の供給を選択的に受けることができる。しかし、海水供給管４２１と清水供給管４２７の端部にノズルユニットが結合されることに限定されるものではなく、海水または清水を微粒子化して噴射することができる多様な構造に変形することができる。例えば、前処理ユニット５３０と海水供給管４２１との間、または前処理ユニット５３０と清水供給管４２７との間には、水蒸気を発生させる水蒸気発生ユニット（図示せず）が結合されてもよい。ここで、水蒸気とは、水の完全な気体状態のみを意味するのではなく、液体状態の水が霧化して小さな粒子をなす状態を含むことができる。水蒸気発生ユニットで発生した水蒸気は、別のポンプ装置を介して前処理ユニット５３０の内部に高圧で噴射できる。

前処理ユニット５３０に海水、清水、または海水と清水との混合水が噴射されることにより、排気ガス中の微細粉塵は水分子を吸収して沈み、これにより、前処理ユニット５３０を通過して酸化ユニット４４０へ供給される排気ガスの微細粉塵の濃度が減少することができる。酸化ユニット４４０に微細粉塵濃度の減少した排気ガスが供給されることにより、酸化ユニット４４０の内部に位置してパルスコロナ放電を誘導する電極（図示せず）に微細粉塵が吸着することを防止することができる。したがって、排気ガスの酸化効率が向上できる。また、酸化ユニット４４０が紫外線を照射する場合、微細粉塵が紫外線の照射経路を遮断することを防止して酸化効率を向上させることができる。

前処理ユニット５３０の一側には捕集管５３１が接続できる。捕集管５３１は、前処理ユニット５３０を通過した海水または清水を捕集して洗浄水供給管４２０へ供給する管であって、必要に応じて選択的に開放できる。捕集管５３１は、前処理ユニット５３０を通過した海水または清水を再循環管５１０に供給することもできる。

図１５は海水がスクラバーを通過した後に外部へ排出される開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）方式を示す図、図１６は海水がスクラバーを通過した後に再循環管５１０を介して再循環する閉ループ（ｃｌｏｓｅ ｌｏｏｐ）方式を示す図である。

まず、図１５を参照すると、海水供給管４２１を介して流入した海水のうち、一部は洗浄水供給管４２０を介してスクラバー４３０へ供給され、一部は海水流入管４２２を介して中和剤供給部４７０へ供給される。洗浄水はスクラバー４３０の上部から噴射され、スクラバー４３０の下部には洗浄水が一定水位に満たされ得る。このとき、排気ガス管４１０を介して供給される排気ガスは、前処理ユニット５３０、酸化ユニット４４０及び液状触媒注入ユニット４５０を順次経た後、スクラバー４３０の下部から噴射できる。前処理ユニット５３０は、海水供給管４２１から海水の供給を受けて微細粉塵に噴射し、前処理ユニット５３０を通過した海水は、捕集管５３１を介して洗浄水供給管４２０へ供給できる。酸化ユニット４４０は、放電、紫外線の照射または酸化剤の噴射によって、排気ガスに含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させ、液状触媒注入ユニット４５０は、酸化した排気ガスに液状触媒を注入して排気ガスの酸化状態を維持させる。

中和剤供給部は、中和剤を貯蔵または生成し、海水供給管４２１またはスクラバー４３０または捕集管５３１に中和剤を噴射することができる。

排気ガスは、スクラバー４３０の下部に満たされた洗浄水の中で噴射され、これにより、１次に窒素酸化物、硫黄酸化物、微細粉塵などの汚染物質が除去され得る。また、スクラバー４３０の上部から噴射される洗浄水によって２次に汚染物質が除去され得る。このような過程によって排気ガス中の汚染物質は除去され、汚染物質の除去された排気ガスは排出管４３２を介して外部へ排出される。

スクラバー４３０を通過した洗浄水は、窒素酸化物、硫黄酸化物、微細粉塵などの汚染物質を含んでおり、洗浄水排出管４３１を介してスクラバー４３０の外部へ排出される。洗浄水排出管４３１を流動する洗浄水は、分離ユニット４６０を通過して液状触媒が分離され、分離された液状触媒は、循環ライン４６１を介して液状触媒注入ユニット４５０へ循環できる。液状触媒が分離された洗浄水は、フィルターユニット４８０へ移動して固体状粒子などの汚染物質が除去され、汚染物質はスラッジタンク４９０に貯蔵され、汚染物質が除去された洗浄水は海水排出管４２４を介して船舶の外部へ排出される。

次いで、図１６を参照すると、海水供給管４２１を介して流入した海水のうち、一部はスクラバー４３０へ供給され、一部は中和剤供給部４７０へ供給される。

スクラバー４３０を通過して洗浄水排出管４３１へ排出された洗浄水は、液状触媒を含んだ状態で再循環タンク５００に一時貯蔵されてから再循環管５１０を介して洗浄水供給管４２０へ供給される。すなわち、図１６の過程は、洗浄水が船外へ排出されず、液状触媒を含んだ状態で再循環管５１０を介して洗浄水供給管４２０へ再循環すること以外は、残りの過程を図１５の過程と同一である。

図１６の過程は、海水の排出が制限される地域を通過する場合のように外部へ海水を排出することができない場合に運用でき、図１５及び図１６の過程は、必要に応じて選択的にまたは順次的に運用できる。

以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野における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ことを理解することができるだろう。したがって、上述した実施形態は、すべての面で例示的なもので、限定的なものではないと理解すべきである。

１ 汚染物質低減装置
１０ 排気ガス管
２０ 海水供給管
３０ 洗浄水供給管
４０ スクラバー
５０ 浄化ユニット
９０ 燃料電池モジュール
２００ 汚染物質低減装置
２１０ 排気ガス管
２３０ 洗浄水供給管
２４０ スクラバー
２４１ 洗浄水排出管
２５０ 酸化ユニット
２６０ 前処理ユニット
３００ 中和剤供給部

Claims (15)

1. 燃焼機関の排気ガスを供給する排気ガス管と、
   洗浄水を供給する洗浄水供給管と、
   前記排気ガス管を介して供給される排気ガスに、前記洗浄水供給管を介して供給される洗浄水を噴霧するスクラバーと、
   前記排気ガス管に接続され、放電、紫外線の照射または酸化剤の噴射によって前記排気ガスを酸化させる酸化ユニットと、
   前記スクラバー内の洗浄水を排出する洗浄水排出管とを含んでなる、汚染物質低減装置。
2. 前記排気ガス管または前記スクラバーに接続され、海水を電気分解して水素と、窒素系酸化物を酸化させる酸化剤または酸性化された洗浄水を中和させる中和剤とを生成する浄化ユニットと、
   前記浄化ユニットから前記水素の供給を受けて電気を生成する燃料電池モジュールとをさらに含む、請求項１に記載の汚染物質低減装置。
3. 前記燃料電池モジュールは前記浄化ユニットへ電気を供給する、請求項２に記載の汚染物質低減装置。
4. 前記洗浄水供給管は外部から海水の供給を受ける海水供給管から分岐し、
   前記海水供給管に設置されて海水を加圧するポンプをさらに含み、
   前記燃料電池モジュールは前記ポンプに電気を供給する、請求項２に記載の汚染物質低減装置。
5. 前記浄化ユニットに接続される海水流入管に設置され、海水に電解質を供給する電解質タンクをさらに含む、請求項２に記載の汚染物質低減装置。
6. 前記排気ガス管に接続され、前記酸化ユニットの前段に位置し、前記排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する前処理ユニットをさらに含む、請求項１に記載の汚染物質低減装置。
7. 前記洗浄水供給管は外部から海水の供給を受ける海水供給管から分岐し、
   前記海水供給管は前記前処理ユニットに前記海水を供給し、
   前記供給された海水は前記前処理ユニット内で噴射される、請求項６に記載の汚染物質低減装置。
8. 前記洗浄水供給管に接続され、清水を供給する清水供給管をさらに含み、前記清水供給管は前記前処理ユニットに前記清水を供給し、供給された清水は前記前処理ユニット内で噴射される、請求項６に記載の汚染物質低減装置。
9. 前記前処理ユニットを通過した海水または清水を前記洗浄水供給管へ供給する捕集管をさらに含む、請求項６に記載の汚染物質低減装置。
10. 前記前処理ユニットは、
    前記排気ガス管を介して供給される排気ガス中に含まれている微細粉塵を分離する遠心分離機を含み、
    前記遠心分離機は、前記排気ガスの供給を接線方向に受けるサイクロン方式の固体分離装置である、請求項６に記載の汚染物質低減装置。
11. 前記酸化ユニットの後段に、前記排気ガス管または洗浄水供給管に接続され、液状触媒を注入して排気ガスを酸化状態に維持させる液状触媒注入ユニットをさらに含む、請求項１に記載の汚染物質低減装置。
12. 前記液状触媒は、オイルに含まれている有機硫化物を酸化させて得た有機硫黄酸化物（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅｓ）である、請求項１１に記載の汚染物質低減装置。
13. 前記洗浄水排出管に接続され、洗浄水との比重差を利用して、洗浄水に含まれている液状触媒を分離する分離ユニットと、
    前記分離ユニットと前記液状触媒注入ユニットとを連結して、前記分離ユニットから分離された液状触媒を前記液状触媒注入ユニットへ循環させる循環ラインとをさらに含む、請求項１１に記載の汚染物質低減装置。
14. 前記スクラバーに接続され、中和剤を供給する中和剤供給部をさらに含む、請求項１１に記載の汚染物質低減装置。
15. 前記酸化ユニットの前段の前記排気ガス管に接続され、排気ガスに含まれている微細粉塵を除去する前処理ユニットをさらに含む、請求項１１に記載の汚染物質低減装置。