KR101201426B1 - 선박용 온실가스 저감장치 - Google Patents

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양용수
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김성훈
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Abstract

본 발명은 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 저감시키도록 한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스중의 질소산화물과 황산화물 및 분진 성분을 습식포집기에서 1차 처리하고, 습식포집기를 거쳐 이산화탄소 위주로 배출되는 배기가스를 저장수조의 해수와 함께 미세기포(마이크로/나노버블) 형태로 조성하여 반응수조로 유동시킴에 따라, 이산화탄소 성분이 해수중에서 흡착 및 용해되도록 하며, 이와 같이 처리된 해수가 필터유닛을 거쳐 저장수조로 재유입되도록 하는 순환식 처리시스템을 구축함으로서, 기존의 배기가스 처리장치에서 제거하기 어려웠던 온실가스의 주범인 이산화탄소 성분까지 우수한 효율과 저렴한 비용으로 처리 및 저감시킬 수 있고, 엔진의 부하없이 안정적인 운전이 가능하며, 특히 이산화탄소를 영양분으로 하는 해조류의 양식장에 접근하여 이산화탄소가 용해된 해수의 자연적인 재처리가 가능한 어선에 최적으로 적용시킬 수 있는 친환경적인 온실가스 저감장치를 제공토록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 선박의 엔진(7)으로부터 배출되는 배기가스에 포집수를 분사시켜 질소산화물과 황산화물과 분진 성분을 1차 제거하는 습식포집기(10)와, 상기 습식포집기(10)의 분사노즐(15)로 포집수를 공급하는 분사펌프(14)와, 상기 습식포집기(10)를 거쳐 배출된 이산화탄소 위주의 배기가스와 저장수조(6)에 저장된 해수를 기액분사노즐(54)로 공급시켜 배기가스 성분을 미세기포로 조성하는 가동유닛(50)과, 상기 가동유닛(50)의 기액분사노즐(54)을 거쳐 미세기포와 함께 공급된 해수를 저장하는 버블흡착수조(20)와, 상기 버블흡착수조(20)로부터 배출된 해수를 지그재그식으로 유동시켜 이산화탄소의 흡착반응시간을 확보토록 하는 반응체류수조(30)와, 상기 반응체류수조(30)로부터 배출된 해수중의 이물질을 필터(45)로 제거하여 저장수조(6)로 재공급시키는 필터유닛(40)으로 이루어지며, 상기 포집수는 해수 또는 pH 9 내지 pH 10의 알칼리수가 사용되고, 상기 버블흡착수조(20)의 상단부에는 과압배출기(25)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 온실가스 저감장치{Apparatus for reducing greenhouse gas of a ship}
본 발명은 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스중의 질소산화물과 황산화물 및 분진 성분을 습식포집기에서 1차 처리하고, 습식포집기를 거쳐 이산화탄소 위주로 배출되는 배기가스를 저장수조의 해수와 함께 미세기포(마이크로/나노버블) 형태로 조성하여 반응수조로 유동시킴에 따라, 이산화탄소 성분이 해수중에서 흡착 및 용해되도록 하며, 이와 같이 처리된 해수가 필터유닛을 거쳐 저장수조로 재유입되도록 하는 순환식 처리시스템을 구축함으로서, 기존의 배기가스 처리장치에서 제거하기 어려웠던 온실가스의 주범인 이산화탄소 성분까지 우수한 효율과 저렴한 비용으로 처리 및 저감시킬 수 있도록 한 선박용 온실가스 저감장치에 관한 것이다.
현대사회의 급속한 산업화로 말미암아 석유나 석탄과 같은 화석연료의 사용량이 기하급수적으로 증가하였고, 화석연료의 연소과정에서 배출되는 각종 유해가스로 인한 대기오염 또한 날로 심각해지고 있는 바, 그 대표적인 예로서 스모그 현상이나 산성비 등을 들 수 있으며, 최근에는 온실효과로 인한 지구온난화 문제가 크게 대두되고 있다.
통상 대기오염의 주범이 되는 것은 차량의 엔진 또는 화력발전소나 공장 등으로부터 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)과 이산화탄소 및 분진 등이 포함된 상태로 배출되는 배기가스이며, 최근에는 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 배기가스의 배출규제가 엄격히 시행되고 있는 한편, 배기가스에 포함된 대기오염 물질을 배출기준에 적합하도록 처리 및 저감시키기 위한 장치의 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 추세에 발맞추어, UN의 산하기관인 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서도 선박으로부터 배출되는 배기가스중의 질소산화물과 황산화물의 배출규제를 시행하고 있는 바, 질소산화물의 경우는 TierⅢ가 발효되는 2016년부터 2g/kwh 이하의 배출규제가 적용될 예정이며, 황산화물의 경우는 2010년 7월부터 SECA(Sulfur Emission Control Area)에서 1% 이하로의 배출규제가 이미 적용되고 있다.
상기 질소산화물은 고온 영역에서 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분되지만, 연료의 연소과정에서 발생한 NO와 NO2가 대부분을 차지하며, 황산화물은 석유나 석탄과 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로서 SO2가 주된 비중을 차지한다.
상기와 같이 화석연료의 연소반응으로 생성된 배기가스중의 질소산화물을 제거하는 방식으로서, V2O5-TiO2 계열의 촉매에 질소산화물과 환원제인 암모니아 혹은 우레아를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 변환시켜 제거하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 방식이 대표적으로 사용된다.
상기 SCR 방식은 350 ~ 400도 사이의 운전온도 조건하에서 질소산화물의 제거효율이 90% 수준이 되지만, 배기가스에 포함된 분진이나 검댕(Soot)이 SCR 촉매층에 부착되어 촉매층이 막히는 현상이 발생하므로, 저밀도 촉매를 SCR 반응기에 장착할 수 밖에 없으며, 이로 인하여 SCR 반응기의 부피가 필요 이상으로 크게 되어 선박에서의 공간활용도가 줄어드는 단점이 있다.
또 다른 질소산화물의 제거방식인 SNCR(Selective Non Catalytic Reduction) 방식은, 고온의 배기가스에 환원제인 암모니아를 직접 주입하여 질소산화물을 제거하는 방식이며, 별도의 촉매반응기가 필요하지 않아 설치비용과 운전비용이 저렴한 장점이 있는 반면, 반응온도가 높게 유지되어야 하고 질소산화물의 제거효율이 60% 이하로 낮은 단점이 있다.
이와 더불어, 황산화물을 제거하는 방식은 크게 습식과 건식으로 나누어지며, 습식처리방식은 물이나 알칼리 용액으로 황산화물을 세정하는 것으로서, 황산화물의 제거효율이 약 90% 정도로 높을 뿐만 아니라 오랜 기간의 연구과정을 거쳐 공정의 신뢰도가 우수하지만, 다량의 용수가 필요하고 2차 오염물질이 발생되는 단점이 있다.
반면, 건식처리방식은 수산화칼슘이나 나트륨(Na) 계열의 흡수제를 사용하여 황산화물을 제거하는 것으로서, 습식처리방식에 비하여 2차 오염물질의 발생을 저감시킬 수 있고 배기가스의 재가열이 필요없다는 장점이 있지만, 황산화물의 제거효율이 낮고 흡수제가 고가인 단점이 있다.
위에서 설명되어진 바와 같이, 종래의 배기가스 처리방식은 질소산화물이나 황산화물을 개별적으로 처리하는 것이므로, 선박 내부의 복잡하고 협소한 공간에 두 가지 종류의 처리장치를 모두 적용시키기가 어려운 문제점이 있었으며, 이 두 가지의 장치를 모두 설치하여 선박의 배기가스를 처리하더라도 질소산화물과 황산화물 이외에 지구온난화의 주범이 되는 온실가스인 이산화탄소를 저감시키는 것은 불가능한 문제점이 있었다.
이로 인하여, 향후 배출규제가 보다 엄격하게 적용될 것으로 예상되는 선박의 배기가스 처리에 기존의 장치를 그대로 적용시키는 것은 공간적인 측면이나 처리효율 및 처리비용의 측면에서 불합리한 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 배출규제의 대상에 포함될 소지가 있는 이산화탄소의 저감 측면까지 고려할 경우, 보다 더 개선된 방식의 선박용 배기가스 처리장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 배기가스중의 질소산화물과 황산화물 및 분진 성분의 처리와 더불어, 기존의 배기가스 처리장치에서 제거하기 어려웠던 온실가스의 주범인 이산화탄소 성분까지 우수한 효율과 저렴한 비용으로 처리 및 저감시킬 수 있고, 엔진의 부하없이 안정적인 운전이 가능함은 물론, 특히 이산화탄소를 영양분으로 하는 해조류의 양식장에 접근하여 이산화탄소가 용해된 해수의 자연적인 재처리가 가능한 어선에 최적으로 적용시킬 수 있는 친환경적인 온실가스 저감장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 선박용 온실가스 저감장치는, 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포집수를 분사시켜 질소산화물과 황산화물과 분진 성분을 1차 제거하는 습식포집기와, 상기 습식포집기의 분사노즐로 포집수를 공급하는 분사펌프와, 상기 습식포집기를 거쳐 배출된 이산화탄소 위주의 배기가스와 저장수조에 저장된 해수를 기액분사노즐로 공급시켜 배기가스 성분을 미세기포로 조성하는 가동유닛과, 상기 가동유닛의 기액분사노즐을 거쳐 미세기포와 함께 공급된 해수를 저장하는 버블흡착수조와, 상기 버블흡착수조로부터 배출된 해수를 지그재그식으로 유동시켜 이산화탄소의 흡착반응시간을 확보토록 하는 반응체류수조와, 상기 반응체류수조로부터 배출된 해수중의 이물질을 필터로 제거하여 저장수조로 재공급시키는 필터유닛으로 이루어지며, 상기 포집수는 해수 또는 pH 8 내지 pH 9의 알칼리수가 사용되고, 상기 버블흡착수조의 상단부에는 과압배출기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 습식포집기는, 선박의 엔진으로부터 연장되는 가스유입관 및 연도(煙道)를 이루는 가스배출관이 양측으로 연결되어 배기가스의 포집공간을 제공하는 포집탱크와, 상기 포집탱크의 상부면을 관통하여 설치되는 포집수의 분사노즐과, 상기 포집탱크의 깔때기형 저부에 설치되는 드레인배관으로 이루어지며, 상기 가동유닛은, 저장수조의 바닥면과 버블흡착수조의 바닥면을 연결하는 배관상에 설치되는 메인펌프 및 기액분사노즐과, 흡입라인에 의하여 습식포집기의 가스배출관과 연결되는 한편 토출라인에 의하여 기액분사노즐의 노즐부와 연결되는 컴프레셔로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 컴프레셔의 흡입라인 또는 토출라인에 배기가스의 플라즈마 처리기가 추가로 설치되고, 상기 메인펌프와 기액분사노즐의 사이에는 또 다른 토출라인에 의하여 컴프레셔와 연결되는 기액혼합탱크가 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 상기 저장수조와 버블흡착수조와 반응체류수조에는 밸브기구가 구비된 드레인배관이 연결 설치되는 한편, 저장수조와 버블흡착수조와 반응체류수조와 필터유닛은 장치테이블의 상부면에 설치되고, 상기 가동유닛은 배관라인과 함께 장치테이블의 내측부에 설치되며, 상기 버블흡착수조는, 덮개판이 장착된 원통형 수조파이프가 되고, 상기 덮개판의 중앙부에 과압배출기가 관통 설치되며, 상기 반응체류수조는, 덮개판이 장착된 원통형 외부파이프와, 상기 외부파이프의 내부에 이중관 형태로 삽입 설치되는 원통형 내부파이프로 이루어지며, 상기 외부파이프가 연결관에 의하여 버블흡착수조의 수조파이프와 연결 설치되고, 외부파이프의 덮개판 중앙부에 필터유닛으로 연장되는 연결관이 관통 설치되며, 상기 내부파이프의 상단측은 연결관보다 높은 위치까지 연장된 상태에서, 그 상단측 외주연부에 플랜지 형상의 차수헤드가 설치되고, 내부파이프의 하단측은 외부파이프의 하단측과 소정의 간격을 두고 이격된 상태에서, 그 하단측 외주연부에 다수 개의 간격유지구가 방사상으로 설치되며, 상기 필터유닛은, 덮개판이 장착된 원통형 필터케이스와, 상기 필터케이스의 내부에 이중관 형태로 삽입 설치되는 원통형 필터로 이루어지며, 상기 필터케이스의 덮개판 중앙부에 반응체류수조로부터 연장되는 연결관이 관통 설치되고, 상기 필터케이스가 회수관에 의하여 저장수조와 연결 설치되며, 상기 필터케이스의 바닥면 중앙부에는 필터에서 걸러진 이물질의 배출을 위하여 밸브기구가 구비된 드레인배관이 연결 설치되는 것을 특징으로 하고, 상기 버블흡착수조와 반응체류수조 및 필터유닛의 필터케이스는 투명 아크릴 소재로 제작된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 배기가스중의 질소산화물과 황산화물 및 분진 성분을 습식포집기에서 1차 처리하고, 습식포집기를 거쳐 이산화탄소 위주로 배출되는 배기가스를 저장수조의 해수와 함께 미세기포 형태로 조성하여 버블흡착수조와 반응체류수조에서 확산 및 용해시킴에 따라, 기존의 배기가스 처리장치에서 제거하기 어려웠던 온실가스의 주범인 이산화탄소 성분까지 우수한 효율과 저렴한 비용으로 처리 및 저감시키는 효과가 있다.
또한, 가스배출관으로 배출되는 배기가스의 대부분을 컴프레셔에서 발생한 흡입력으로 유도시켜 처리함으로서, 선박의 운항시 엔진에 부하가 걸리지 않도록 하면서도 대기중으로 배출되는 배기가스중의 오염물질은 배출규제에 적합한 수준으로 저감시킬 수 있고, 배기가스중의 이산화탄소 성분을 해수중에서 미세기포로 조성하는 데 필요한 가스분사압력을 확보하여 온실가스 저감장치의 효율적이고 안정적인 운전이 가능토록 하는 효과가 있다.
특히, 선박중 많은 비중을 차지하고 잦은 입출항 및 운항으로 인하여 연안해역의 주된 대기오염을 유발하는 어선에 최적으로 적용이 가능한 배기가스 처리장치를 제공하는 효과가 있는 한편, 이산화탄소를 영양분으로 하는 해조류의 양식장에서 수조에 저장된 해수를 자연적으로 재처리하거나, 필요시에는 육상의 해조장 또는 해조류 관상수조용 해수로도 재사용이 가능한 친환경적인 온실가스 저감장치를 제공할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 온실가스 저감장치의 외관사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 가동유닛을 도시한 도 1의 일부 평단면도.
도 4는 가동유닛의 다른 실시예를 도시한 도 1의 일부 평단면도.
도 5는 도 4에 도시된 가동유닛의 요부 발췌 배관도.
도 6은 습식포집기의 요부 발췌 정단면도.
도 7의 (가) 및 (나)는 반응체류수조와 필터유닛의 정단면도.
도 8은 본 발명에 의한 배기가스의 처리과정을 나타내는 계통도.
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 선박용 온실가스 저감장치(100)는 도 1 내지 도 3에 각각 도시된 바와 같이, 배기가스에 포집수를 분사시켜 질소산화물과 황산화물과 분진 성분을 1차 제거하는 습식포집기(10)와, 상기 습식포집기(10)의 분사노즐(15)로 포집수를 공급하는 분사펌프(14)와, 상기 습식포집기(10)를 거쳐 배출된 이산화탄소 위주의 배기가스와 저장수조(6)에 저장된 해수를 기액분사노즐(54)로 공급시켜 배기가스 성분을 미세기포로 조성하는 가동유닛(50)과, 상기 가동유닛(50)의 기액분사노즐(54)을 거쳐 미세기포와 함께 공급된 해수를 저장하는 버블흡착수조(20)와, 상기 버블흡착수조(20)로부터 배출된 해수를 지그재그식으로 유동시켜 이산화탄소의 흡착반응시간을 확보토록 하는 반응체류수조(30)와, 상기 반응체류수조(30)로부터 배출된 해수중의 이물질을 필터(45)로 제거하여 저장수조(6)로 재공급시키는 필터유닛(40)으로 이루어진다.
상기 습식포집기(10)는 다수 개의 지지다리(11a)에 의하여 장치테이블(1)의 전방측에 위치한 보조장착판(5)에 설치되고, 상기 분사펌프(14) 또한 습식포집기(10)와 함께 보조장착판(5)에 설치되며, 상기 저장수조(6)와 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)와 필터유닛(40)은 장치테이블(1)의 상부에 설치되고, 상기 가동유닛(50)은 배관라인과 함께 장치테이블(1)의 내측부에 설치된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 방식으로 본 발명의 온실가스 저감장치(100)를 장치테이블(1)에 집적(集積)시켜 설치하게 되면, 선박의 내부공간에 손쉽게 적용이 가능한 콤펙트한 장치를 제공할 수 있으며, 상기 장치테이블(1)은 각각의 수조와 필터유닛(40)의 장착을 위한 상부덮개판(4) 및 측면 방향을 따라 배치된 다수 개의 개폐도어(3)가 테이블 프레임(2)을 기초로 하여 설치된 구성을 가진다.
상기 습식포집기(10)의 세부적인 구성은 도 6에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 선박의 엔진으로부터 연장되는 가스유입관(12) 및 연도(煙道)를 이루는 가스배출관(13)이 양측으로 연결되어 배기가스의 포집공간을 제공하는 포집탱크(11)와, 상기 포집탱크(11)의 상부면을 관통하여 설치되는 포집수의 분사노즐(15)과, 상기 포집탱크(11)의 깔때기형 저부(11b)에 설치되는 드레인배관(11c)으로 이루어진다.
도면상 2개의 포집탱크(11)가 맞대어져 조립 설치되고, 각각의 포집탱크(11)마다 분사노즐(15)과 깔때기형 저부(11b) 및 드레인배관(11c)이 설치되며, 배기가스의 원활한 유동과 오염물질의 포집에 필요한 배기가스의 확산을 위하여 가스유입관(12)과 가스배출관(13)이 포집탱크(11)와 연결되는 부분에도 깔때기 형상의 덕트가 제공되어 있다.
상기 포집탱크(11)의 외관 형상 또는 포집탱크(11)의 길이나 내용적 및 분사노즐(15)의 설치개수 등은 처리코자 하는 배기가스중의 질소산화물과 황산화물 및 분진 등의 배출량에 맞추어 조정이 가능하며, 각각의 분사노즐(15)에는 분사펌프(14)로부터 연장되는 포집수 배출관(14b)이 연결된다.
상기 분사노즐(15)은 분사펌프(14)로부터 공급된 포집수를 미세한 입자의 물방울로 미분무시켜 포집탱크(11)의 내부공간에 포집수가 무화(霧化)상태로 존재토록 함으로서, 최소량의 포집수만으로도 배기가스와의 충돌면적 및 오염물질의 포집성능을 충분히 확보할 수 있는 것이라면 어떠한 제품을 사용하더라도 무방하지만, 3Way Generator 방식의 선회식 노즐헤드(15a)가 장착된 분사노즐(15)을 대표적인 예로 들 수 있다.
한편, 포집수의 경우는 배기가스중에 포함된 질소산화물과 황산화물을 포집 및 중화시킬 수 있도록 알칼리수를 사용하는 것이 바람직하며, 통상 해수의 경우 pH 8 정도의 알칼리도를 가지므로, 선박이 운항중인 해역으로부터 분사펌프(14)를 이용하여 직접 펌핑한 해수를 포집수로 사용하는 것이 경제적이다.
보다 더 효율적인 처리를 위하여, 포집수 유입관(14a)으로 해수를 펌핑하는 과정에서 pH 농도제어용 시약을 해수중에 첨가시킴으로서, pH 9 내지 pH 10 정도로 조정된 알칼리수를 사용하는 것도 가능하며, 해수의 펌핑 과정에서 이물질이 유입될 수도 있으므로, 포집수 유입관(14a)의 입구측에 이물질 제거용 필터나 스트레이너를 설치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 버블흡착수조(20)는 도 1 및 도 2에 각각 도시된 바와 같이, 투명 아크릴 소재를 이용하여 상,하부가 개구된 원통형 수조파이프(21)로 제조되고, 상기 수조파이프(21)의 상단부와 하단부에는 상부플랜지(22)와 하부플랜지(23)가 형성되며, 상기 상부플랜지(22)에는 다수 개의 볼트 및 너트에 의하여 덮개판(24)이 조립 설치되고, 상기 하부플랜지(23)는 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 부착 설치된다.
또한, 버블흡착수조(20)가 설치되는 장치테이블(1)의 상부덮개판(4) 부분에는 배기가스의 미세기포(마이크로/나노버블)가 포함된 해수를 수조파이프(21)의 내부로 유입시키는 배관의 연결을 위하여 유입구멍(4a)이 형성되어 있으며, 수조파이프(21)의 덮개판(24) 중앙부에는 수조파이프(21)의 내측 상부에 축적되는 공기압을 배출시킬 수 있도록 과압배출기(25)가 설치된다.
상기 과압배출기(25)는 공지의 릴리프밸브(Relief valve)와 같이 특정 압력에서 자동으로 개방되어 일정한 수준의 내압을 유지시킬 수 있는 것이라면 어떠한 제품을 사용하더라도 무방하며, 수조파이프(21)의 상부플랜지(22)와 덮개판(24)의 사이 및 수조파이프(21)의 하부플랜지(23)와 장치테이블(1)의 상부덮개판(4) 사이에는 밀폐용 팩킹을 설치하거나 누수방지처리를 하는 것이 바람직하고, 수조파이프(21)의 하부플랜지(23)를 볼트 및 너트에 의하여 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 장착시키는 것도 가능하다.
그리고, 상기 반응체류수조(30)는 도 1과 도 2 및 도 7의 (가)에 각각 도시된 바와 같이, 투명 아크릴 소재를 이용하여 상,하부가 개구된 상태로 제조되는 원통형 외부파이프(31)와, 동일 소재로 하여 상기 외부파이프(31)의 내부에 이중관 형태로 삽입 설치되는 원통형 내부파이프(35)로 이루어진다.
상기 외부파이프(31)의 상단부와 하단부에는 상부플랜지(32)와 하부플랜지(33)가 형성되며, 상기 상부플랜지(32)에는 다수 개의 볼트 및 너트에 의하여 덮개판(34)이 조립 설치되고, 상기 하부플랜지(33)는 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 부착 설치된다.
또한, 반응체류수조(30)의 외부파이프(31)가 연결관(26)에 의하여 버블흡착수조(20)의 수조파이프(21)와 연결 설치되고, 외부파이프(31)의 덮개판(34) 중앙부에 필터유닛(40)으로 연장되는 연결관(36)이 관통 설치됨으로서, 버블흡착수조(20)로부터 반응체류수조(30)를 거쳐 필터유닛(40)에 이르는 해수유동경로가 제공된다.
한편, 상기 내부파이프(35)의 상단측은 연결관(26)보다 높은 위치까지 연장된 상태에서, 그 상단측 외주연부에 플랜지 형상의 차수헤드(37)가 설치되고, 상기 내부파이프(35)의 하단측은 외부파이프(31)의 하단측과 소정의 간격을 두고 이격된 상태에서, 그 하단측 외주연부에 다수 개의 간격유지구(35a)가 방사상으로 설치된다.
상기 차수헤드(37)와 간격유지구(35a)는 외부파이프(31)의 내주면과 밀착 설치됨으로서, 도 7의 (가)에서 화살표로 도시된 바와 같이 외부파이프(31)와 내부파이프(35) 사이의 공간으로 유입된 해수가 간격유지구(35a)를 거쳐 내부파이프(35)의 하단부를 선회한 다음, 내부파이프(35)를 따라 다시 상승하여 연결관(36)으로 배출되는 지그재그식 유동경로를 제공하게 된다.
또한, 버블흡착수조(20)에서 설명된 것과 마찬가지로, 외부파이프(31)의 상부플랜지(32)와 덮개판(34)의 사이 및 외부파이프(31)의 하부플랜지(33)와 장치테이블(1)의 상부덮개판(4) 사이에 밀폐용 팩킹을 설치하거나 누수방지처리를 하는 것이 바람직하고, 외부파이프(31)의 하부플랜지(33)를 볼트 및 너트에 의하여 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 장착시키는 것도 가능하다.
그리고, 상기 필터유닛(40)은 도 1과 도 2 및 도 7의 (나)에 각각 도시된 바와 같이, 투명 아크릴 소재를 이용하여 상부가 개구된 상태로 제조되는 원통형 필터케이스(41)와, 상기 필터케이스(41)의 내부에 이중관 형태로 삽입 설치되는 원통형 필터(45)와, 필터유닛(40)을 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 장착시키기 위한 장착대(43)로 이루어진다.
상기 필터케이스(41)의 상단부에는 상부플랜지(42)가 형성되고, 상기 상부플랜지(42)에 덮개판(44)이 조립 설치되며, 상기 덮개판(44)의 중앙부에 반응체류수조(30)로부터 연장되는 연결관(36)이 관통 설치됨으로서, 반응체류수조(30)를 거쳐 공급된 해수가 원통형 필터(45)의 내부로 유입되도록 이루어지고, 필터케이스(41)의 하부측에 저장수조(6)와 연결되는 회수관(46)이 설치됨으로서, 원통형 필터(45)를 통과한 해수가 저장수조(6)로 재유입되도록 이루어지며, 상기 연결관(36) 및 회수관(46)에는 밸브기구(V)가 각각 설치된다.
또한, 필터케이스(41)의 바닥면 중앙부에는 필터(45)에서 걸러진 이물질의 배출을 위한 드레인포트(47)가 연결되어 하부측 장착대(43)를 관통하도록 설치되고, 상기 드레인포트(47)에 밸브기구(V)가 구비된 드레인배관(48)이 연결 설치되며, 필터케이스(41)의 내측 바닥부에는 필터(45)의 지지를 위한 필터지지부(45a)가 설치되어 있다.
상기 필터(45)는 해수에 대한 내부식성이 우수하고 해수중에 포함된 0.5㎛ 수준의 미세한 이물질을 걸러낼 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 것을 사용하더라도 무방하지만, 얇은 스테인레스 스틸을 겹겹이 밀착시켜 슬릿(Slit) 형태의 미세필터홈을 촘촘하게 형성시킨 스트레이너형 필터 또는 활성탄을 이용한 코어필터 등을 대표적인 예로 들 수 있으며, 상기 필터지지부(45a) 또한 필터(45)와 동일한 소재로 하여 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 덮개판(44)은 필터(45)의 교체나 청소를 위하여 필터케이스(41)의 상부플랜지(42)와 볼트체결식으로 조립시키는 것이 바람직하고, 회수관(46)으로 세척수를 주입하여 필터(45)의 역방향 세척작업을 수행하는 것도 가능하며, 상기 장착대(43)는 플라스틱 소재로 하여 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 부착 또는 조립시켜 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 저장수조(6)는 버블흡착수조(20) 및 반응체류수조(30)와 함께 선박의 운항시간 동안 배기가스중에 포함된 이산화탄소 성분의 흡착 및 용해 처리에 필요한 량만큼의 해수를 저장시키는 목적으로 사용되는 것이며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 투명 아크릴 소재를 이용하여 상단부가 개구된 사각통 형상으로 설치되어 있고, 저장수조(6)의 바닥부에는 해수의 배출을 위한 배관연결용 배출구멍(6a)이 형성되어 있다.
상기와 같이 저장수조(6)와 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30) 및 필터유닛(40)의 필터케이스(41)를 투명 아크릴 소재로 하여 각각의 수조와 필터유닛(40)의 내부처리상태를 작업자가 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하지만, 투명 아크릴 소재 이외의 다른 플라스틱 소재나 금속 소재가 적용될 수도 있으며, 저장수조(6)의 상부에 덮개나 뚜껑을 설치하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 가동유닛(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 저장수조(6)에 저장된 해수를 버블흡착수조(20)로 공급하는 메인펌프(51)와, 가스배출관(13)을 통하여 배출되는 배기가스를 흡입하여 해수와 혼합시키는 컴프레셔(55)와, 해수 및 배기가스의 혼합과정에서 배기가스 성분을 50㎛ 미만의 미세기포(마이크로/나노버블)로 조성하는 인젝터 방식의 기액분사노즐(54)로 이루어진다.
상기 메인펌프(51)는 유입관(52)에 의하여 저장수조(6)의 바닥부에 형성된 배출구멍(6a)과 연결 설치되는 한편, 기액분사노즐(54)이 구비된 공급관(53)에 의하여 버블흡착수조(20)의 바닥부에 형성된 상부덮개판(4)의 유입구멍(4a)과 연결 설치되며, 상기 유입관(52)과 공급관(53)에는 밸브기구(V)가 각각 설치되어 있다.
또한, 상기 컴프레셔(55)는 흡입라인(55a)에 의하여 습식포집기(10)의 가스배출관(13)과 연결되는 한편, 토출라인(55b)에 의하여 기액분사노즐(54)과 연결 설치되며, 상기 흡입라인(55a)이 가스배출관(13)과 연결되는 부분에는 배기가스의 원활한 유도를 위하여 깔때기 형상의 흡입포트(16)가 설치된다.
상기와 같이 가스배출관(13)의 통로를 폐쇄시키지 않고 흡입포트(16)를 이용하여 컴프레셔(55)의 흡입라인(55a)과 연결시킴으로서, 컴프레셔(55)에서 발생한 흡입력에 의하여 가스배출관(13)으로 배출되는 배기가스의 대부분이 흡입포트(16)로 유도되고, 나머지 미량의 배기가스만이 가스배출관(13)을 거쳐 대기중으로 배출되도록 할 수 있다.
이로 인하여, 선박의 운항시 엔진에 부하가 걸리지 않도록 하면서도 대기중으로 배출되는 배기가스중의 오염물질은 배출규제에 적합한 수준으로 저감시킬 수 있고, 배기가스중의 이산화탄소 성분을 해수중에서 미세기포로 조성하는 데 필요한 가스분사압력을 확보하여 온실가스 저감장치(100)의 효율적이고 안정적인 운전이 가능하게 된다.
한편, 가스배출관(13)을 통하여 배출되는 배기가스가 흡입포트(16)로 유도되는 과정에서, 포집탱크(11)의 내부로 미분무된 포집수 성분이 배기가스와 함께 흡입포트(16)로 유입될 수 있으므로, 흡입포트(16)의 내부에 수분제거필터를 설치하는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 배기가스의 처리효율을 보다 더 향상시킬 수 있도록, 가스배출관(13)과 컴프레셔(55)를 연결하는 흡입라인(55a) 또는 컴프레셔(55)와 기액분사노즐(54)을 연결하는 토출라인(55b)에 배기가스용 플라즈마 처리기(56)를 추가로 설치하는 것도 가능하다.
통상적으로 플라즈마(Plasma) 가스는 디젤엔진의 배기가스에 포함된 NO를 NO2로 산화시키는 효과가 매우 우수할 뿐만 아니라, 다량의 강한 산화성 래디칼(Radical)들을 생성시켜 배기가스중의 잔류 HCs, CO, PM 등을 산화하여 제거할 수 있으므로, 차량용 또는 육상용 배기가스 처리에 널리 적용되는 것이다.
따라서, 기존에 차량용 또는 육상용 배기가스 처리에 사용되는 플라즈마 처리기라면 어떠한 종류의 것을 적용시키더라도 무방하지만, 플라즈마 가스농도가 3g/h 내지 10g/h, 최대 발생량이 1LPM(Liter Per Min) 내지 10LPM 정도가 되는 소형의 공랭식 플라즈마 처리기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 플라즈마 처리기(56)의 적용에 따라 이산화탄소 이외에 배기가스중에 포함된 소량의 오염물질을 해수와의 혼합 이전에 미리 처리할 수 있으며, 이로 인하여 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)에서의 처리부하를 상대적으로 경감시킴은 물론이고, 해당 수조에서 이산화탄소 성분을 보다 집중적으로 흡착 및 용해시킬 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 적용되는 가동유닛(50)의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 컴프레셔(55)를 거쳐 유입된 배기가스 성분을 해수와 혼합시키는 과정에서 상기 배기가스 성분이 매우 높은 용해도와 확산성을 가지는 10㎛ 수준의 미세기포(마이크로/나노버블)로 조성되도록 한 것이다.
이를 위하여, 도 3에 도시된 가동유닛(50)을 기준으로, 메인펌프(51)와 기액분사노즐(54)의 사이에 해당하는 공급관(53)에 기액혼합탱크(58)가 추가로 설치되며, 컴프레셔(55)로부터 연장되는 토출라인(55b)은 2개의 라인으로 분기되어, 그 중 하나의 토출라인(55b)이 기액분사노즐(54)의 노즐부(54a)와 연결되고, 나머지 하나의 토출라인(55b)이 기액혼합탱크(58)와 연결 설치된다.
상기 기액혼합탱크(58)는 메인펌프(51)와 컴프레셔(55)를 거쳐 공급된 해수와 배기가스 성분을 1차로 혼합시켜 이산화탄소의 용해시간 및 용해도를 보다 충분히 확보토록 한 것이며, 이와 같이 기액혼합탱크(58)에서 배기가스와 1차 혼합된 해수를 기액분사노즐(54)로 공급 및 분사시키는 한편, 이 과정에서 컴프레셔(55)로부터 토출된 배기가스가 노즐부(54a)를 거쳐 해수와 2차 혼합되도록 한 것이다.
상기 기액분사노즐(54)에는 노즐부(54a)를 거쳐 해수와 혼합된 상태로 공급되는 배기가스 성분을 한층 더 미세한 기포로 조성하기 위한 와류조성부(54b)와 2차 노즐부(54c)가 설치되는 바, 상기 와류조성부(54b)는 스크류 형태의 구조가 바람직하고, 와류조성부(54b)와 2차 노즐부(54c)의 사이에는 기포입자의 확산을 위한 공간부(54d)를 추가로 제공하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 저장수조(6)와 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)에는 밸브기구(V)가 구비된 드레인배관(57)을 연결 설치함으로서, 각각의 수조에 저장된 해수를 필요시 배출시킬 수 있도록 이루어진다.
도 3 및 도 4에서와 같이 저장수조(6)용 드레인배관(57)은 메인펌프(51)의 유입관(52)으로부터 분기되고, 버블흡착수조(20)용 드레인배관(57)은 기액분사노즐(54)을 지난 위치에서 공급관(53)으로부터 분기되고, 반응체류수조(30)용 드레인배관(57)은 해당 수조의 바닥부 중앙, 즉 도 1에서 장치테이블(1)의 상부덮개판(4)에 형성된 배출구멍(4b)에 연결 설치되며, 각각의 드레인배관(57)이 하나의 배관으로 통합되어 장치테이블(1)의 외부로 연장된다.
이하, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 선박용 온실가스 저감장치(100)를 이용하여 선박의 배기가스를 처리하는 일련의 과정을 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 선박의 엔진(7)으로부터 배출된 배기가스를 가스유입관(12)을 거쳐 습식포집기(10)의 포집탱크(11)로 유입시키는 한편, 분사펌프(14)를 가동시켜 포집탱크(11)의 분사노즐(15)로 해수 또는 pH 9 내지 pH 10의 포집수를 공급시킴으로서, 배기가스중에 포함된 질소산화물과 황산화물 및 분진 등의 오염물질을 포집수에 의하여 1차 제거시키게 된다.
상기와 같이 포집수에 의하여 포집 및 중화처리된 질소산화물과 황산화물 및 분진 등의 성분은 포집탱크(11)의 드레인배관(11c)을 거쳐 포집수와 함께 포집탱크(11)의 외부로 자동 배출되며, 이와 같이 배출된 포집수를 선박 내부에 저장시키거나 또는 선박 내부에서 포집수를 자체적으로 처리할 수도 있다.
예를 들어, 포집탱크(11)로부터 배출된 포집수를 필터나 촉매 등이 포함된 보조처리기(9)로 공급하여 오염물질을 제거한 다음, 오염물질이 제거된 포집수를 포집수 유입관(14a)으로 공급시켜 배기가스의 처리에 재사용토록 할 수도 있고, 오염물질이 포함된 포집수 자체를 보조처리기(9)에서 정화시켜 선박의 외부로 배출시킬 수도 있다.
종래의 기술내용에서 언급되어진 바와 같이 습식 스크러버 방식의 배기가스 처리과정에서는 2차 오염물질이 항상 발생하게 되며, 이러한 2차 오염물질을 효과적으로 재처리하는 것은 앞으로도 계속 연구되어야 할 과제이므로, 포집수의 재처리방식은 현재에 적용되는 방식 또는 앞으로 개발되는 방식을 선박에 적절히 접목시키는 것이 필요하다.
상기와 같이 습식포집기(10)의 포집탱크(11)에서 질소산화물과 황산화물 및 분진 등이 1차 제거됨에 따라 이산화탄소 위주의 배기가스가 가스배출관(13)으로 배출되는 동시에, 가동유닛(50)의 작동에 따라 컴프레셔(55)에서 발생한 흡입력에 의하여 가스배출관(13)으로 배출되는 배기가스의 대부분이 흡입포트(16)로 유도되고, 나머지 미량의 배기가스, 즉 배출규제에 적합한 수준의 배기가스만이 가스배출관(13)과 연도(8)를 거쳐 대기중으로 배출된다.
한편, 흡입포트(16)로 유도된 배기가스는 컴프레셔(55)용 흡입라인(55a)과 토출라인(55b) 및 해당 라인에 설치된 플라즈마 처리기(56)를 거쳐 기액분사노즐(54)로 유입되는 동시에, 메인펌프(51)에 의하여 저장수조(6)로부터 펌핑된 해수와 함께 기액분사노즐(54)에서 혼합되고, 이 과정에서 배기가스의 주된 성분인 이산화탄소가 미세기포(마이크로/나노버블)로 조성된다.
또한, 앞에서 설명되어진 바와 같이 도 4 및 도 5에 도시된 가동유닛(50)의 다른 실시예에 따르면, 기액분사노즐(54)의 이전에 설치된 기액혼합탱크(58)에서 해수와 배기가스 성분을 1차로 혼합시켜 이산화탄소의 용해시간 및 용해도를 보다 충분히 확보할 수 있게 된다.
상기와 같이 기액분사노즐(54)을 거쳐 미세기포로 조성된 이산화탄소 성분이 해수와 함께 버블흡착수조(20)의 내부로 1차 유입된 다음, 연결관(26)을 거쳐 반응체류수조(30)의 내부를 지그재그식으로 유동하게 되며, 이 과정에서 버블흡착수조(20)의 내측 상부에 축적되는 공기압은 과압배출기(25)를 통하여 외부로 자동 배출된다.
상기와 같이 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)를 거치는 과정에서 미세기포 형태로 조성된 이산화탄소 성분이 해수중으로 신속하게 확산 및 용해되어 배기가스중의 이산화탄소 성분까지 처리가 가능하게 되는 것이며, 연결관(36)을 거쳐 반응체류수조(30)로부터 배출된 해수는 필터유닛(40)을 통과하여 이물질이 걸러진 상태로 회수관(46)을 거쳐 저장수조(6)로 다시 유입된다.
상기와 같이 배기가스중의 질소산화물과 황산화물 및 분진 성분을 습식포집기(10)에서 1차 처리하고, 습식포집기(10)를 거쳐 이산화탄소 위주로 배출되는 배기가스를 저장수조(6)의 해수와 함께 미세기포 형태로 조성하여 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)에서 확산 및 용해시킴에 따라, 기존의 배기가스 처리장치에서 제거하기 어려웠던 온실가스의 주범인 이산화탄소 성분까지 우수한 효율과 저렴한 비용으로 처리 및 저감시킬 수 있다.
또한, 가스배출관(13)으로 배출되는 배기가스의 대부분을 컴프레셔(55)에서 발생한 흡입력으로 유도시켜 처리함으로서, 선박의 운항시 엔진(7)에 부하가 걸리지 않도록 하면서도 대기중으로 배출되는 배기가스중의 오염물질은 배출규제에 적합한 수준으로 저감시킬 수 있고, 배기가스중의 이산화탄소 성분을 해수중에서 미세기포로 조성하는 데 필요한 가스분사압력을 확보하여 온실가스 저감장치(100)의 효율적이고 안정적인 운전이 가능하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 선박용 온실가스 저감장치(100)는 저장수조(6)와 버블흡착수조(20) 및 반응체류수조(30)에 저장된 해수를 순환시켜 선박에서 발생한 배기가스중의 이산화탄소 성분을 해수중에 지속적으로 용해시키는 방식이므로, 선박의 운항시간동안 각각의 수조에 저장된 해수에 이산화탄소를 포화농도까지 처리하는 것을 원칙으로 한다.
다시 말해서, 선박의 운항시간동안 발생하는 이산화탄소의 배출량(배출규제의 기준치를 초과한 량)을 고려하여 이를 포화농도까지 용해시킬 수 있는 량만큼의 해수를 사용한다는 것이며, 이러한 관점에서 본 발명은 선박의 입출항 주기가 비교적 짧고 운항시간과 조업시간이 구분되어 배기가스의 처리부하가 적은 어선에 적합한 장치가 되며, 선박중에서 어선이 차지하는 비중과 잦은 운항횟수를 고려한다면 연안해역의 대기오염 방지측면에 크게 기여할 수 있음은 자명하다.
특히, 어선의 경우는 조업을 마치고 항구로 복귀하는 도중에 연안해역의 해조류 양식장으로 용이하게 접근할 수 있고, 해조류의 경우는 이산화탄소를 영양분으로 하여 생장하므로, 저장수조(6)와 버블흡착수조(20) 및 반응체류수조(30)에 저장된 해수를 드레인배관(57)이나 펌프 등을 사용하여 해조류 양식장으로 방류하게 되면, 해수중에 용해된 이산화탄소 성분이 김이나 미역 또는 다시마와 같은 양식 해조류의 영양분이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 선박용 온실가스 저감장치(100)를 어선에 설치하여 사용하게 되면, 연안해역의 주된 대기오염원이 되는 어선의 배기가스를 큰 폭으로 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 수조 내부에서 이산화탄소가 용해된 상태로 저장된 해수의 자연적인 재처리가 가능하며, 필요시 각각의 수조에 저장된 해수를 육상의 해조장으로 운반시켜 처리토록 하거나, 해조류 관상수조용 해수로 사용할 수도 있다.
이와 더불어, 선박의 운항 도중에 각각의 수조에 저장된 해수중의 이산화탄소가 예상보다 일찍 포화농도에 도달할 수도 있는 바, 이에 대한 보완수단으로서 도 8에서와 같이 저장수조(6)로 해수를 보충할 수 있도록 보충수펌프(60)가 구비된 보충수배관(61) 및 저장수조(6)에 저장된 해수를 배출시킬 수 있도록 배출펌프(62)가 구비된 해수배출관(63)을 추가로 설치하는 것도 가능하다.
상기 보충수펌프(60)와 배출펌프(62)는 해수중의 이산화탄소 농도를 측정하는 미도시된 센서에 의하여 작동되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 해수배출관(63)에는 이산화탄소가 용해된 해수를 무해한 상태로 처리하는 보조처리기(9)를 설치하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 이산화탄소가 용해된 해수를 무해한 상태로 처리하는 재처리 기술 역시 위에서 언급되어진 내용처럼 앞으로도 계속 연구되어야 할 과제이며, 이러한 2차 오염물질의 재처리 기술이 추후 보완되면, 본 발명의 선박용 온실가스 저감장치(100)를 어선 이외의 다른 선박에 적용시킬 수 있음은 물론이고, 화물선이나 여객선과 같은 대형 선박에도 적용이 가능할 것이다.
마지막으로, 도면을 기초로 한 설명에서는 별도의 제어시스템을 제시하지 아니하였으나, 선박의 기관실이나 조타실(Wheel house)에 본 발명의 온실가스 저감장치(100)와 연계된 제어시스템을 설치하여 본 발명의 온실가스 저감장치(100)가 자동적으로 제어되도록 할 수도 있음을 밝혀두는 바이며, 이러한 제어시스템의 구축은 상황별로 매우 다양한 실시예가 존재할 수 있으므로 특정한 제어시스템을 한정하여 나타내지 아니하였다.
상기 제어시스템의 간단한 예로서는, 엔진(7)의 가동여부를 판단하여 분사펌프(14) 및 가동유닛(50)의 작동을 선택적으로 제어하고, 배기가스의 통로상에 유해성분의 농도를 측정하는 센서를 설치하는 한편, 각각의 수조에는 이산화탄소의 농도를 측정하는 센서를 설치하여, 해당 센서로부터 입력된 값을 기초로 펌프기구 및 가동유닛(50)이 비례제어식으로 작동되도록 하며, 각각의 밸브기구(V)를 전자밸브로 하여 해수의 공급이나 배출 및 순환작동이 제어되도록 한 것을 들 수 있다.
1 : 장치테이블 2 : 테이블 프레임 3 : 개폐도어
4 : 상부덮개판 4a : 유입구멍 4b,6a : 배출구멍
5 : 보조장착판 6 : 저장수조 7 : 엔진
8 : 연도 9 : 보조처리기 10 : 습식포집기
11 : 포집탱크 11a : 지지다리 11b : 깔때기형 저부
11c,48,57 : 드레인배관 12 : 가스유입관 13 : 가스배출관
14 : 분사펌프 14a : 포집수 유입관 14b : 포집수 배출관
15 : 분사노즐 15a : 노즐헤드 16 : 흡입포트
20 : 버블흡착수조 21 : 수조파이프 22,32,42 : 상부플랜지
23,33 : 하부플랜지 24,34,44 : 덮개판 25 : 과압배출기
26,36 : 연결관 30 : 반응체류수조 31 : 외부파이프
35 : 내부파이프 35a : 간격유지구 37 : 차수헤드
40 : 필터유닛 41 : 필터케이스 43 : 장착대
45 : 필터 45a : 필터지지부 46 : 회수관
47 : 드레인포트 50 : 가동유닛 51 : 메인펌프
52 : 유입관 53 : 공급관 54 : 기액분사노즐
54a : 노즐부 54b : 와류조성부 54c : 2차 노즐부
54d : 공간부 55 : 컴프레셔 55a : 흡입라인
55b : 토출라인 56 : 플라즈마 처리기 58 : 기액혼합탱크
60 : 보충수펌프 61 : 보충수배관 62 : 배출펌프
63 : 해수배출관 100 : 온실가스 저감장치 V : 밸브기구

Claims (10)

  1. 선박의 엔진(7)으로부터 배출되는 배기가스에 포집수를 분사시켜 질소산화물과 황산화물과 분진 성분을 1차 제거하는 습식포집기(10)와,
    상기 습식포집기(10)의 분사노즐(15)로 포집수를 공급하는 분사펌프(14)와,
    상기 습식포집기(10)를 거쳐 배출된 이산화탄소 위주의 배기가스와 저장수조(6)에 저장된 해수를 기액분사노즐(54)로 공급시켜 배기가스 성분을 미세기포로 조성하는 가동유닛(50)과,
    상기 가동유닛(50)의 기액분사노즐(54)을 거쳐 미세기포와 함께 공급된 해수를 저장하는 버블흡착수조(20)와,
    상기 버블흡착수조(20)로부터 배출된 해수를 지그재그식으로 유동시켜 이산화탄소의 흡착반응시간을 확보토록 하는 반응체류수조(30)와,
    상기 반응체류수조(30)로부터 배출된 해수중의 이물질을 필터(45)로 제거하여 저장수조(6)로 재공급시키는 필터유닛(40)으로 이루어지며,
    상기 포집수는 해수 또는 pH 9 내지 pH 10의 알칼리수가 사용되고, 상기 버블흡착수조(20)의 상단부에는 과압배출기(25)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 습식포집기(10)는, 선박의 엔진(7)으로부터 연장되는 가스유입관(12) 및 연도(煙道)를 이루는 가스배출관(13)이 양측으로 연결되어 배기가스의 포집공간을 제공하는 포집탱크(11)와, 상기 포집탱크(11)의 상부면을 관통하여 설치되는 포집수의 분사노즐(15)과, 상기 포집탱크(11)의 깔때기형 저부(11b)에 설치되는 드레인배관(11c)으로 이루어지며,
    상기 가동유닛(50)은, 저장수조(6)의 바닥면과 버블흡착수조(20)의 바닥면을 연결하는 배관상에 설치되는 메인펌프(51) 및 기액분사노즐(54)과, 흡입라인(55a)에 의하여 습식포집기(10)의 가스배출관(13)과 연결되는 한편 토출라인(55b)에 의하여 기액분사노즐(54)의 노즐부(54a)와 연결되는 컴프레셔(55)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가동유닛(50)은 배기가스의 플라즈마 처리기(56)를 추가로 포함하여서 이루어지며,
    상기 플라즈마 처리기(56)는 가스배출관(13)과 컴프레셔(55)를 연결하는 흡입라인(55a) 또는 컴프레셔(55)와 기액분사노즐(54)을 연결하는 토출라인(55b)에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 가동유닛(50)의 메인펌프(51)와 기액분사노즐(54)의 사이에는 기액혼합탱크(58)가 설치되며,
    상기 컴프레셔(55)로부터 연장되는 토출라인(55b)은 2개의 라인으로 분기되어, 그 중 하나의 토출라인(55b)이 기액분사노즐(54)의 노즐부(54a)와 연결되고, 나머지 하나의 토출라인(55b)이 기액혼합탱크(58)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 가동유닛(50)은 배기가스의 플라즈마 처리기(56)를 추가로 포함하여서 이루어지며,
    상기 플라즈마 처리기(56)는 가스배출관(13)과 컴프레셔(55)를 연결하는 흡입라인(55a)에 설치되거나 또는 2개의 라인으로 분기되기 이전에 해당하는 위치의 토출라인(55b)에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기액분사노즐(54)에는 노즐부(54a)를 거쳐 해수와 혼합된 상태로 공급되는 배기가스 성분을 미세기포로 조성하기 위한 와류조성부(54b)와 2차 노즐부(54c)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장수조(6)와 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)에는 밸브기구(V)가 구비된 드레인배관(57)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장수조(6)와 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30)와 필터유닛(40)은 장치테이블(1)의 상부면에 설치되고, 상기 가동유닛(50)은 배관라인과 함께 장치테이블(1)의 내측부에 설치되며,
    상기 버블흡착수조(20)는, 덮개판(24)이 장착된 원통형 수조파이프(21)가 되고, 상기 덮개판(24)의 중앙부에 과압배출기(25)가 관통 설치되며,
    상기 반응체류수조(30)는, 덮개판(34)이 장착된 원통형 외부파이프(31)와, 상기 외부파이프(31)의 내부에 이중관 형태로 삽입 설치되는 원통형 내부파이프(35)로 이루어지며,
    상기 반응체류수조(30)의 외부파이프(31)가 연결관(26)에 의하여 버블흡착수조(20)의 수조파이프(21)와 연결 설치되고, 상기 외부파이프(31)의 덮개판(34) 중앙부에 필터유닛(40)으로 연장되는 연결관(36)이 관통 설치되며,
    상기 반응체류수조(30)의 내부파이프(35) 상단측은 연결관(26)보다 높은 위치까지 연장된 상태에서, 그 상단측 외주연부에 플랜지 형상의 차수헤드(37)가 설치되고, 상기 내부파이프(35)의 하단측은 외부파이프(31)의 하단측과 소정의 간격을 두고 이격된 상태에서, 그 하단측 외주연부에 다수 개의 간격유지구(35a)가 방사상으로 설치되며,
    상기 필터유닛(40)은, 덮개판(44)이 장착된 원통형 필터케이스(41)와, 상기 필터케이스(41)의 내부에 이중관 형태로 삽입 설치되는 원통형 필터(45)로 이루어지며,
    상기 필터케이스(41)의 덮개판(44) 중앙부에 반응체류수조(30)로부터 연장되는 연결관(36)이 관통 설치되고, 상기 필터케이스(41)가 회수관(46)에 의하여 저장수조(6)와 연결 설치되며,
    상기 필터케이스(41)의 바닥면 중앙부에는 필터(45)에서 걸러진 이물질의 배출을 위하여 밸브기구(V)가 구비된 드레인배관(48)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 버블흡착수조(20)와 반응체류수조(30) 및 필터유닛(40)의 필터케이스(41)는 투명 아크릴 소재로 제작된 것임을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
  10. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장수조(6)에는 보충수펌프(60)가 구비된 보충수배관(61)과, 배출펌프(62)가 구비된 해수배출관(63)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 온실가스 저감장치.
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