KR101955862B1 - 벤튜리 일체형 스크러버 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 배기라인에 설치되는 유해 물질 제거용 스크러버 장치에 관한 것으로서, 배기가스가 이동할 수 있는 메인 유로를 제공함과 아울러 상기 배기가스와 이를 세정하는 세정수를 각각 유입 및 배출시킬 수 있는 내부가 비어 있는 스크러버 본체와, 상기 스크러버 본체에 설치되는 가스 유입구와 상기 메인 유로를 연통시킬 수 있도록 상기 스크러버 본체 내부의 전면측에 설치하되 상기 배기가스를 하향 이동시킬 수 있는 벤튜리 채널이 구비된 벤튜리부와, 상기 스크러버 본체 내부에 이격 설치되어 상기 배기가스를 확산 및 분산시킬 수 있도록 다수의 기공과 가이드 유로를 제공하는 스트럭쳐 패킹부, 및 상기 스크러버 본체의 하방으로 세정수를 다중 분사하는 다수개의 세정수 분사관으로 구성됨으로써, 스크러버 장치의 크기와 중량 등을 축소시켜 설치 및 해체 작업이 간편할 뿐 아니라, 집진 효율성이 우수한 벤튜리 일체형 스크러버 장치에 관한 것이다.

Description

벤튜리 일체형 스크러버 장치{SCRUBBER EQUIPMENT WITH INSIDE VENTURI}

본 발명은 선박 엔진의 배기가스 내에 포함된 유해 물질을 포집하여 제거하는 스크러버 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 스크러버 본체 내부에, 채널(channel)형 벤튜리 구조를 통합 설치함과 아울러, 배기가스를 효과적으로 확산 및 분산시킬 수 있는 스트럭쳐 패킹부(Structure Packing part)를 배치함으로써, 스크러버 장치 전체의 크기와 부피는 물론 중량을 축소시켜 운반성과 장착성 및 공간 활용성 등을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 집진 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 벤튜리 일체형 스크러버 장치에 관한 것이다.

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

그러나 선박의 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스에는, 분진이나 미세 먼지 등 다수의 부유성 미립자가 포함되어 있을 뿐 아니라, 질소 산화물인 NOx, 그리고 황산화물인 SOx 등의 다수의 유해성 기체상 물질 등이 포함되어 있기 때문에 환경오염의 한 원인이 되고 있다.

이러한 환경오염 물질의 배출을 저감하고자, 세계 각국에서는 환경규제를 통해 그 배출량을 규제하고 있으며, 또한, 국제 해사 기구(IMO, International Maritime Organization)에서도 항구(port)는 물론 공해상에서의 유해 물질의 배출 규제를 더욱 강도 높게 규제하는 추세이기 때문에, 선박 엔진의 배기가스에 포함된 유해 물질의 제거가 선박 운항에 있어서 중요한 문제로 대두되고 있다.

따라서, 이러한 환경규제를 만족하기 위해서, 특히, 선박 엔진의 경우에는, 유해 물질 집진 장치의 하나로서, 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 저감장치(SCR:Selective Catalytic Reduction)나, 황산화물을 저감하는 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 장치, 입자상 물질을 제거하는 매연여과장치(DPF:Diesel Particulate Filter) 등을 엔진의 배기라인에 설치하여 운영하고 있다.

상기와 같은 유해 물질 집진 장치 중, 스크러버 장치는 기체와 액체의 접촉 및 응집 효과를 통해 배기가스 내의 이물질들을 제거하는 장치로서, 배기가스 내의 황산화물인 SOx 등의 기체상 물질은 물론, 분진이나 미세 먼지 등의 부유성 미립자 등을 포집하여 제거함으로써, 배기가스를 정화시키는 역할을 하는 장치이다.

이하, 종래의 스크러버 장치를 도 1 및 2를 참조하여 간략히 설명한다.

여기서, 도 1은 종래의 스크러버가 적용된 일반적인 스크러버 모듈 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 종래의 일반적인 스크러버의 구성도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 배기가스 내의 유해 물질을 제거하는 스크러버 모듈 시스템(Scrubber Module System)은, 스크러버(SCRUBBER), 선박의 메인 엔진(MAIN ENGINE), 스크러빙(scrubbing) 후 배출되는 배기가스와 스크러버에 유입 또는 배출되는 해수(sea water)를 검사하는 가스 및 해수 모니터링 시스템(GAS ＆ SEA WATER MONITORING SYSTEM) 등이 서로 연결됨으로써, 하나의 모듈 시스템을 형성하고 있다.

한편, 이러한 모듈 시스템에 적용되는 종래의 스크러버는, 외부 벤튜리 타입(OUTSIDE VENTURI TYPE)으로 구성된 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 스크러버 본체(100)와 벤튜리관(150)으로 구성되어 있으며, 이때, 벤튜리관(150)은 스크러버 본체(100)의 측면에 별도로 장착되어 있다.

또한, 스크러버 본체(100)의 내부에는, 집진층(110)이 2단으로 설치되어 있고, 스크러버 본체(100) 내부를 이동하는 배기가스에 수분을 분사하는 다수의 분사관(120)이 설치되어 있다.

여기서, 집진층(110)은 배기가스가 통과할 수 있는 다수의 미세 기공이 존재하는 일반적인 패킹 볼(packing ball)이나 폴링(pall-ring) 등이 채워진 부분이다.

따라서, 화살표와 같이, 벤튜리관(150)의 상방으로부터 유입된 메인 엔진의 배기가스(EXHAUST GAS)는 벤튜리관(150)을 경유하여 스크러버 본체(100)의 하방으로 투입되고, 이때, 배기가스는 벤튜리 효과에 의해 확산, 팽창되면서 스크러버 본체(100)의 하부에서 상방으로 이동하게 된다.

이 과정에서, 배기가스는 스크러빙(scrubbing)이 이루어지게 되고, 이때, 내부에 포함되어 있는 유해 물질들이 수분 입자와 접촉, 응집하여 낙하하게 되며, 또한, 집진층(110)에서도 유해 물질이 포집되어 제거된 후, 스크러버 본체(100) 상방으로 배출되는 것이다.

이러한 종래의 스크러버는 배기가스의 특성에 따라 다양한 방식이 제안되어 있으며, 하기의 선행 기술 문헌의 특허 문헌 1, 2에도, 상기와 같은 종래의 스크러버와 같이, 외부 벤튜리관, 집진층, 분사 노즐 등을 구비한 스크러버가 개시되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 스크러버는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 배기가스를 확산, 팽창시킬 수 있는 벤튜리관이 스크러버 본체 외부에 별도로 장착됨으로써, 스크러버 전체의 크기나 부피 또는 중량이 증가하기 때문에, 설치 비용 및 시간이 현저히 증가하게 되고, 또한, 공간의 제약이 큰 선박의 특성상 스페이스(space) 부족으로 인해 설치를 위한 공간 확보에 많은 제약을 받게 되는 문제점이 있었다.

둘째, 배기가스와 혼합시키기 위해 분사되는 세정수의 일부가 벤튜리관으로 역류하게 됨으로써, 집진 효율이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

셋째, 원통형 벤튜리관의 구조적 특성상, 배기가스의 온도, 유량, 수분 함량과 같은 특성 변화나, 제거하고자 하는 입자상 물질의 입경 분포, 밀도 등과 같은 성상 변화 등에 의한 스케일(scale) 등의 발생으로 인해 벤튜리 홀(hole)이 쉽게 막힐 수 있고, 이로 인해 운전의 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.

넷째, 처리하는 배기가스의 양이 증가하게 되는 경우에는, 원통형 벤튜리관의 관로의 확장이 어렵기 때문에, 벤튜리관 자체를 더 큰 용량으로 교체해야 하거나, 또는, 별도의 벤튜리관을 추가로 설치해야 함으로써, 제작 단가의 증가는 물론 다양한 크기의 엔진에 효율적으로 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

다섯째, 종래의 집진층에 적용되는 패킹 볼(packing ball)이나 폴링(pall-ring) 등은, 다수의 미세 기공이 형성된 작은 공 또는 링 형상의 부재를 밀집시켜 채워넣은 구조이기 때문에, 배기가스의 이동 속도를 저하시키게 되어 스크러버의 처리 속도를 감소시키는 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제10-2018-0038420호 한국등록특허공보 10-1549560호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 채널형 벤튜리부를 스크러버 본체 내부에 일체형으로 통합 설치함으로써, 스크러버 장치 전체의 크기나 부피 또는 중량을 현저히 감소시켜 소형화, 콤팩트화 할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 폭이 좁고 횡방향으로 길이가 긴 다층 구조의 채널형 벤튜리부를 적용함으로써, 확장성이 용이할 뿐 아니라, 유지 보수가 용이하도록 하는 것이다.

또한, 유입되는 배기가스가 벤튜리 채널을 통해 스크러버 본체의 하방으로 이동한 후, 다시 상승하도록 함으로써, 배기가스의 이동 거리와 유동성이 증가되도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배기가스의 직진성을 향상시킬 수 있는 스트럭쳐 패킹부을 설치하여 배기가스의 유동 저항을 최소화 함으로써, 배기가스의 효과적인 확산 및 분산 유도는 물론 배기가스의 처리 속도를 증가시킬 수 있게 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 배기가스가 이동할 수 있는 메인 유로를 제공함과 아울러, 상기 배기가스와 이를 세정하는 세정수를 각각 유입 및 배출시킬 수 있는 내부가 비어 있는 스크러버 본체와, 상기 스크러버 본체의 전면부에 설치되는 가스 유입구와 상기 메인 유로를 연통시킬 수 있도록, 상기 스크러버 본체 내부의 전면측에 설치하되, 상기 배기가스를 하향 이동시킬 수 있는 다층 구조의 벤튜리 채널이 구비된 벤튜리부와, 상기 스크러버 본체 내부에 이격 설치되어 상기 배기가스를 확산 및 분산시킬 수 있도록 다수의 기공과 가이드 유로를 제공하는 적어도 하나 이상의 스트럭쳐 패킹부, 및 상기 스크러버 본체의 하방으로 세정수를 다중 분사하는 다수개의 세정수 분사관을 포함하여 구성된다.

따라서, 벤튜리부가 스크러버 본체 내부에 일체형으로 통합 설치되어 있기 때문에, 스크러버 장치 전체의 크기나 부피 또는 중량을 현저히 감소시켜 소형화, 콤팩트화 할 수 있게 된다.

이로 인해, 스크러버의 설치 또는 해체 작업이 용이하고, 유지 보수 비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 벤튜리 채널은, 다수개의 격벽을 수평 상태로 이격 설치하여 스크러버 본체의 상,하 방향으로 적층 구조를 이루도록 형성하되, 상기 격벽에 만곡면을 설치하여 배기가스의 유로가 하향 변화되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 격벽의 하단부에는, 내측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치되는 안내판이 구비되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 유입되는 배기가스의 양에 대응하여 벤튜리 채널의 개수나 길이 등을 적절하게 선택하여 적용할 수 있고, 또한, 배기가스의 이동 거리를 증가시킬 수 있기 때문에, 벤튜리부의 확장성 향상은 물론, 집진 효율도 증가시킬 수 있게 된다.

한편, 스트럭쳐 패킹부는, 스크러버 본체의 상측부에 설치되는 복수의 제1 패킹부와, 벤튜리부의 하단부와 마주보도록 이격 설치되는 제2 패킹부, 및 벤튜리부와 마주보는 스크러버 본체의 내측 후면벽에 설치되는 제3 패킹부로 구성될 수 있다.

또한, 제2 패킹부는, 벤튜리부의 최외측 격벽의 하단에 하방으로 일정 거리 연장되는 칸막이벽을 설치하고, 이 칸막이벽과 스크러버 본체의 전면벽 사이에 설치되도록 할 수 있다.

또, 스트럭쳐 패킹부는, 다수의 기공이 형성된 판재를 지그재그로 절곡시켜 다수의 절곡홈이 연속적으로 형성된 다수개의 다공판으로 형성하되, 상기 절곡홈이 좌측 또는 우측 방향으로 경사지도록 절곡된 각각의 다공판을 교대로 중첩시켜 상기 절곡홈이 교차 배치되도록 할 수 있다.

따라서, 배기가스의 직진성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 배기가스의 유동 저항을 최소화시킬 수 있게 된다.

한편, 세정수 분사관은, 제1 패킹부의 상부에 설치되어 제1 패킹부를 향해 세정수를 다중 분사하는 다수개의 메인 분사관 및 벤튜리 채널의 하측 내부에 설치되는 채널 분사관으로 구성되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 벤튜리 일체형 구조의 스크러버를 채택하여 스크러버를 소형화, 경량화시킴으로써, 장치의 운반성이나 장착성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 설치 공간의 제약을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 다층 구조의 채널형 벤튜리 구조를 채택함으로써, 확장성이 용이할 뿐 아니라, 유지 보수가 용이한 효과가 있다.

셋째, 굴곡형 구조의 벤튜리 채널을 적용함으로써, 유입되는 배기가스의 이동 거리 및 그 유동성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 유해 물질의 집진 효율성 향상은 물론, 운전 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 배기가스의 효과적인 확산 및 분산을 유도할 수 있을 뿐 아니라, 배기가스의 처리 속도를 증가시켜 스크러버의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다,

도 1은 종래의 스크러버가 적용된 일반적인 스크러버 모듈 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래의 일반적인 스크러버의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 일 실시예의 정면도이다.
도 4 는 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 정면에서의 내부 투시도이다.
도 5는 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 측면에서의 내부 투시도이다.
도 6은 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치에 설치된 스트럭쳐 패킹부를 구성하는 다공판이 분리된 상태의 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 작동 설명도이다.

이하, 도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 실시예를 상세히 설명한다.

여기서, 도 3은 본 발명에 따른 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 일 실시예의 정면도를 나타낸 것이고, 도 4 는 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 정면에서의 내부 투시도를 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 측면에서의 내부 투시도를 나타낸 것이다.

본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치(1)는, 내부 벤튜리(INSIDE VENTRI TYPE) 일체형 구조로서, 벤튜리부(30)가 스크러버 본체(10) 내부에 설치되어 있기 때문에, 선박의 메인 엔진은 스크러버 본체(10)에 직접 연결된다.

또한, 본 발명의 스크러버 장치(1)는 선박에 사용되는 특성상, 세정수로서 해수(sea water)를 이용하게 되며, 도시하지 않았지만, 해수는 스크러버 장치(1)에 연결되는 외부 배관을 통해 스크러버 본체(10) 내부에 투입된다.

이때, 본 발명의 스크러버 장치(1)에도, 투입되는 해수의 적정성을 검사하기 위한 해수 모니터링 시스템(INLET SEA WATER MONITORING SYSTEM)과, 스크러빙 후 배출되는 해수의 안전성을 검사하기 위한 배출수 모니터링 시스템(DISCHARGE WATER MONITORING SYSTEM) 등이 연결된다.

스크러버 장치(1)는, 도시된 바와 같이, 스크러버 본체(10), 벤튜리부(30), 스트럭쳐 패킹부(50), 및 세정수 분사관(70)으로 구성되어 있다.

스크러버 본체(10)는 메인 엔진의 배기가스가 이동하는 경로를 제공하는 하우징(housing) 역할을 하는 것으로서, 내부가 비어 있는 일정 높이의 통 형상 구조로 구성되어 있다.

따라서, 스크러버 본체(10)의 내부에는 스크러빙(scrubbing) 과정에서 배기가스가 상향 이동할 수 있는 메인 유로(19)가 형성되어 있다.

여기서, 스크러버 본체(10)는 사각형 통 형상 구조로 이루어진 것으로서, 사각형 다면체로 이루어진 통 형상의 관체를 다단으로 결합하여 제작하는 것이 바람직하다.

이때, 각각의 관체는 플랜지(flange)(17) 구조를 이용하여 볼트 또는 용접 작업을 통해 서로 결합시킬 수 있을 것이다.

통상적으로 스크러버 장치(1)는 수십 톤(ton)이 나가는 고중량 설비이기 때문에, 스크러버 본체(10)를 다단으로 구성함으로써, 설치나 해체 작업이 간편할 뿐 아니라, 보관성이나 운반성을 향상시킬 수 있게 되고, 또한 유지 보수 작업이 용이하게 된다.

한편, 스크러버 본체(10)에는 배기가스가 유입되는 적어도 하나 이상의 가스 유입구(11)와, 스크러빙 된 배기가스를 외부로 배출하는 복수의 가스 배출구(12)가 설치되어 있다.

여기서, 가스 유입구(11)는 선박의 메인 엔진의 배기라인에 연결되는 것으로서, 스크러버 본체(10)의 정면부에 설치되고, 가스 배출구(12)는 스크러버 본체(10)의 상단부에 상향 설치된다.

가스 유입구(11)와 가스 배출구(12)는 도시하지 않았지만, 별도로 연결되는 외부 배관을 통해 배기가스의 유입 및 배출이 이루어지게 된다.

또한, 가스 유입구(11)와 가스 배출구(12)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 3개와 2개가 설치되어 있지만, 이는 하나의 예시로서 나타낸 것으로서, 그 크기나 개수 또는 설치 위치 등은, 사용 환경이나, 연결되는 엔진의 종류, 크기, 배기량 등을 종합적으로 고려하여 적절히 선택하여 적용할 수 있을 것이다.

한편, 스크러버 본체(10)의 정면 상측부에는 개구부(15)가 설치된다.

이 개구부(15)는 스크러버 본체(10)의 내부를 관찰하거나, 또는 세정수 분사관(70) 등의 유지 보수를 위하여 설치하는 것으로서, 도어(door)를 이용하여 개폐 가능하도록 구비되며, 스크러버 본체(10)의 측면이나 배면 등 사용 환경을 고려하여 적절한 위치에 설치할 수 있다.

또한, 스크러버 본체(10) 하단부에는, 배출수 모니터링 시스템에 연결되는 복수의 세정수 배출구(13)가 설치된다.

스크러버 본체(10) 내부에서 세정수와 배기가스가 접촉하여 혼합되면, 세정수의 수분 입자와 배기가스 내의 유해 물질 입자가 서로 응집한 후, 하방으로 낙하하게 되고, 이때 스크러버 본체(10) 하면에 축적되는 포집된 유해 물질과 수분들은 세정수 배출구(13)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

이하, 도 4와 5를 참조하여 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치에 적용된 벤튜리부(30)를 상세히 설명한다.

벤튜리부(30)는 상대적으로 폭이 좁은 다수의 벤튜리 채널(venturi channel)(32)을 구비함으로써, 이 벤튜리 채널(32)을 통과하는 배기가스의 유속을 증가시킴과 아울러, 배기가스의 확산 및 팽창을 유도함으로써, 배기가스와 세정수의 접촉 면적을 증대시킬 뿐 아니라, 균일한 혼합을 유도하여 세정수의 수분 입자와 배기가스에 포함된 유해 물질 입자의 응집이 효과적으로 이루어지도록 하는 것이다.

본 발명의 벤튜리부(30)는 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 스크러버 본체(10)에 설치된 가스 유입구(11)와 스크러버 본체(10) 내부에 형성된 메인 유로(19)를 서로 연통시킬 수 있도록, 스크러버 본체(10)의 내측 전면부에 설치되는 것으로서, 가스 유입구(11)에 대응하는 위치에 설치됨으로써, 가스 유입구(11)를 통과한 배기가스가 벤튜리부(30)의 벤튜리 채널(32)로 진입할 수 있도록 구비된다.

여기서, 벤튜리 채널(32)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 정면에서 보았을 때, 스크러버 본체(10)의 상,하 방향으로 적층 구조를 이루도록 설치되며, 이때, 소정 간격으로 이격 설치되는 격벽(35)에 의해 각각 구획되어 있다.

이때, 격벽(35)은 좌,우 양단부가 스크러버 본체(10)의 내부 양측 벽면에 고정되어 수평으로 설치됨으로써, 폭이 좁고 수평 방향으로 길이가 긴 입구부를 가지는 벤튜리 채널(32)을 형성하게 된다.

여기서, 격벽(35)은 일정 두께를 가지는 판재 구조로 형성하되, 가스 유입구(11)로부터 유입된 배기가스가 원호 형상의 유로를 형성하여 하향 배출되도록 만곡면(37)이 형성되어 있다.

따라서, 벤튜리 채널(32)은 도 5에 도시된 바와 같이, 측면에서 보았을 때 만곡부를 가지는 'ㄱ'자 형상의 유로를 형성하도록 구비된다.

한편, 벤튜리 채널(32)을 형성하는 격벽(35)의 하단부에는 내측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치되는 안내판(38)이 각각 구비되어 있다.

안내판(38)은 각 격벽(35)의 하단면을 따라 설치됨으로써, 각각의 벤튜리 채널(32)을 통과하는 배기가스가 벤튜리 채널(32)의 벽면(격벽)에 집중되지 않고, 중앙부로도 확산되어 배출될 수 있도록, 배기가스의 진행 방향을 바꿔주는 역할을 하게 된다.

한편, 벤튜리부(30)의 배출구를 형성하는 벤튜리 채널(32)의 하측부 내부에는 채널 분사관(75)이 각각 설치되어 있다.

또한, 벤튜리부(30)의 최외측에 위치하는 격벽(35)의 하단부에는 스크러버 본체(10)의 메인 유로(19)를 상,하 방향으로 구획하도록 소정 길이로 연장되는 칸막이벽(60)이 설치된다.

이 칸막이벽(60)은 스크러버 본체(10)의 메인 유로(19)를 수직으로 구획하도록 설치하되, 하단면은 스크러버 본체(10)의 바닥면으로부터 일정 거리 이격되도록 설치함으로써, 배기가스가 이동할 수 있는 개구부(65)가 형성되도록 한다.

이때, 벤튜리부(30)의 격벽(35)과 칸막이벽(60) 등은 용접 등을 통해 스크러버 본체(10) 내부에 고정시킬 수 있을 것이다.

이하, 도 4 내지 6을 참조하여 스트럭쳐 패킹부(Structure packing part)(50)를 상세히 설명한다.

여기서, 도 6은 본 발명의 스크러버 장치에 설치된 스트럭쳐 패킹부를 구성하는 다공판이 분리된 상태의 부분 사시도를 나타낸 것이다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 스크러버 본체(10)의 내부에는 적어도 하나 이상의 스트럭쳐 패킹부(50)가 설치된다.

통상적으로 스크러버 장치(1)는 유체의 온도가 낮을수록 집진 효율성이 높아지지만, 200도 이상의 고온의 배기가스가 유입되기 때문에, 대략 20 정도의 해수와 혼합된 유체는 40도 이상으로 온도가 상승하게 되고, 이로 인해, 집진 효율이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에 적용된 스트럭쳐 패킹부(50)는, 스크러버 본체(10)의 메인 유로(19)를 따라 이동하는 유체(배기가스)를 지속적으로 확산 및 분산시킴으로써, 배기가스 내의 유해 입자들과 세정수의 수분 입자의 접촉 및 응집이 효과적으로 이루어지도록 하는 것이다.

또한, 스트럭쳐 패킹부(50)는 유체의 표면적을 증가시키고, 세정수와의 혼합율을 향상시킴으로써, 쿨링(cooling) 효과를 통해 유체의 온도가 낮아지도록 하여 집진 효율성도 향상시키는 역할을 하게 된다.

도 2에 도시된 종래의 스크러버에 설치되는 포집층(110)은, 배기가스가 통과할 수 있는 다수의 미세 기공이 존재하는 작은 볼(ball)이나 링(ring) 등이 밀집되어 채워지는 구조이기 때문에, 유해 물질의 포집율을 향상시킬 수는 있지만, 유체의 이동에 많은 저항을 부가하게 되고, 이로 인해 유체의 이동 속도를 현저히 저하시킴으로써, 스크러버의 처리 속도가 큰 폭으로 감소하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에 적용된 스트럭쳐 패킹부(50)는, 상기와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 유체의 직진성을 향상시키고, 유체를 효과적으로 확산 및 분산시킬 수 있게 한 것이다.

본 발명의 스트럭쳐 패킹부(50)는, 제1 패킹부(51)와 제2 패킹부(55) 및 제3 패킹부(57)로 구성되어 있다.

여기서, 제1 패킹부(51)는 스크러버 본체(10) 내부의 상측부에 설치되고, 제2 패킹부(55)는 벤튜리부(30)의 하측부에 설치되어 있으며, 제3 패킹부(57)는 벤튜리부(30)와 마주보는 스크러버 본체(10)의 내측 후면벽에 설치되어 있다.

스트럭쳐 패킹부(50)를 구성하는 제1 패킹부(51)와 제2 패킹부(55) 및 제3 패킹부(57)는 그 기본 구조가 동일하며, 다만, 배기가스의 이동을 가이드 하는 가이드 유로의 크기(단면적)만 상이한 것이므로, 스트럭쳐 패킹부(50)의 상세 구조는 제1 패킹부(51)를 기준으로 설명한다.

제1 패킹부(51)는 스크러버 본체(10)의 상측부에 상,하 방향으로 이격되어 2단으로 수평을 이루도록 설치된다.

제1 패킹부(51)는 다수개의 다공판(40)으로 구성된 것으로서, 이들 다공판(40)을 순차적으로 중첩시켜 형성하게 된다.

다공판(40)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수개의 기공(42)이 형성된 판재를 절곡시켜 절곡홈(45)이 연속적으로 형성된 것이다.

즉, 이들 다공판(40)은 배기가스가 통과할 수 있는 기공(42)이 관통 형성된 일정 두께의 판재를 지그재그로 절곡시킴으로써, 그 표면을 따라 '∧' 형상의 절곡홈(45)이 연속적으로 형성되어 있다.

이때, 다공판(40)은 절곡홈(45)이 좌측 또는 우측 방향으로 경사지게 형성된 서로 다른 2종류로 구성된다.

따라서, 제1 패킹부(51)는, 절곡홈(45)이 좌측 방향과 우측 방향으로 각각 경사진 서로 다른 다공판(40)을 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 마주보도록 교대로 계속 중첩시켜 형성하는 것이다.

즉, 도 4에 있어서, 맨 앞쪽에 위치하는 다공판(40)은 절곡홈(45)이 좌측 방향으로 경사진 것이 배치되어 있지만, 이 다공판(40) 바로 뒤에 중첩시켜 결합하는 것은 절곡홈(45)이 우측 방향으로 경사진 다공판(40)을 배치하는 것이다.

한편, 하나의 다공판(40)을 뒤집으면 절곡홈(45)의 경사 방향이 반대가 되므로, 뒤집은 다공판(40)과 뒤집지 않은 다공판(40)을 순차적으로 중첩시키는 방법도 가능할 것이다.

따라서, 제1 패킹부(51)는 서로 다른 다공판(40)이 순차적으로 중첩되어, 다수개의 절곡홈(45)이 연속적으로 교차 배치됨으로써, 이들 절곡홈(45)이 배기가스의 주요 통로로서의 가이드 유로 역할을 하게 되고, 이로 인해 유체의 직진성을 향상시켜 유속 저하를 방지할 수 있을 뿐 아니라, 유체의 흐름이 좌,우로 찢어져 분리되는 효과가 발생하는 것이다.

또한, 배기가스가 다수개의 기공(42)을 통해서도 수평 방향으로 분출되기 때문에, 배기가스의 분리, 혼합, 충돌이 지속적으로 발생하게 되어 배기가스와 세정수의 혼합을 효과적으로 유도할 수 있게 된다.

이러한 다공판(40)의 크기와 개수 등은 스크러버 본체(10)의 내부 크기에 대응하여 적절히 선택하여 적용할 수 있다.

또한, 제1 패킹부(51)는, 다수개의 다공판(40)을 용접 등을 통해 고정시키거나, 또는 이들 다공판(40)을 지지할 수 있는 직사각형 프레임(frame)을 설치하여 고정시킬 수 도 있을 것이다.

한편, 제2 패킹부(55)는 도 5에 도시된 바와 같이, 벤튜리부(30)의 하측부에 설치되는 것으로서, 칸막이벽(60)과 스크러버 본체(10)의 전면벽 사이에 설치된다.

제2 패킹부(55)는 제1 패킹부(51)와 동일한 구조로 형성되어 있으며, 다만, 가이드 유로 역할을 하는 절곡홈(45)의 단면적이 제1 패킹부(51)보다 상대적으로 작게 형성됨으로써, 가이드 유로가 보다 조밀하게 형성되도록 한 것이다.

또한, 제3 패킹부(57)는 벤튜리부(30)의 만곡부와 마주보는 스크러버 본체(10)의 후면벽에 수평 상태로 일정 두께를 유지하도록 설치된다.

여기서 제3 패킹부(57)도, 제1 패킹부(51)와 동일한 구조로 형성되어 있으며, 다만, 제1 패킹부(51)보다 절곡홈(45)의 단면적이 상대적으로 더 크게 형성됨으로써, 가이드 유로가 확장되도록 한 것이다.

따라서, 제1 패킹부(51)와 제2 패킹부(55) 및 제3 패킹부(57)는 절곡홈(가이드 유로)(45)의 조밀도에만 차이가 있는 것으로서, 이 조밀도 비율은, 「제2 패킹부(55): 제1 패킹부(51): 제3 패킹부(57)」에 대해, 「상 : 중 : 하」가 되도록 하는 것이다.

따라서 제1, 2, 3 패킹부(51, 55, 57)는 이동하는 유체의 이동 속도를 고려하여 가이드 유로의 조밀도를 다르게 구성함으로써, 유체의 이동 저항을 최소화 함과 아울러, 유체의 직진성을 확보하면서, 유체를 효과적으로 확산 및 분산시킬 수 있게 된다.

이러한, 스트럭쳐 패킹부(50)는 엔진의 특성이나, 사용 환경 등을 고려하여 그 크기나 개수, 배치 위치 또는 조밀도 등을 적절히 선택하여 적용할 수 있다.

이하, 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명에 구비된 세정수 분사관을 상세히 설명한다.

세정수 분사관(70)은 스크러버 본체(10)의 가스 유입구(11)를 통해 유입된 배기가스가 이동하는 경로를 따라 설치되며, 이동하는 배기가스에 세정수를 분사하여 혼합시키는 역할을 하게 된다.

여기서, 세정수 분사관(70)은 메인 분사관(71)과 채널 분사관(75)으로 구성된다.

메인 분사관(71)은 스크러버 본체(10)의 상부에 설치된 제1 패킹부(51)의 상단부에 인접하여 각각 설치되고, 채널 분사관(75)은 벤튜리부(30)에 구비된 벤튜리 채널(32)의 하측 내부에 각각 설치된다.

여기서, 메인 분사관(71)은 메인 유로(19)의 횡 방향으로 수평 설치되는 분사관 본체(72), 및 이 분사관 본체(72)를 따라 이격 설치되는 다수개의 분사 노즐(73)로 구성된다.

분사관 본체(72)는 도 4에 도시된 바와 같이, 세정수가 이동할 수 있는 내부가 비어 있는 파이프(pipe) 구조로 형성되며, 그 양단부가 스크러버 본체(10)의 양측벽에 각각 결합되어 수평으로 고정 설치된다.

한편, 메인 분사관(71)에 구비된 분사 노즐(73)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 분사관 본체(72)를 따라 일정 거리 이격되어 다수개가 배열 설치되며, 세정수를 제1 패킹부(51)에 대해 하향 분사할 수 있도록 설치된다.

따라서, 메인 분사관(71)은 제1 패킹부(51)에 세정수를 분사시킴으로써, 제1 패킹부(51)를 통과하는 배기가스의 유해 입자에 세정수의 수분입자가 효과적으로 흡착되도록 하게 된다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 분사관(71) 및 채널 분사관(75)은 스크러버 본체(10)의 측벽으로부터 외측으로 돌출된 세정수 투입부를 통해 별도의 해수 공급관(도시하지 않음)에 연결된다.

한편, 채널 분사관(75)은 메인 분사관(71)과 마찬가지로 분사관 본체(76)와 분사 노즐(77)로 구성된다.

채널 분사관(75)은 벤튜리 채널(32)의 배출구 내부에 각각 설치됨으로써, 제2 패킹부(55)를 향해 세정수를 하방으로 분사하게 된다.

이때, 채널 분사관(75)은, 배기가스가 진행하는 방향과 같은 순방향으로 세정수를 분사하기 때문에, 배기가스의 이동에 추가적인 운동 에너지를 부여할 수 있을 뿐 아니라, 세정수가 가스 유입구(11)로 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 통상적으로, 배기가스는 대략 230℃ 정도의 고온의 기체이기 때문에, 채널 분사관(75)은 벤튜리부(30)로 진입하는 이러한 고온의 배기가스에 상대적으로 차가운 세정수를 혼합시켜, 배기가스를 신속하게 냉각(cooling)시킴으로써, 그 부피를 감소시켜, 배기가스에 역배압이 걸리는 것을 최소화 할 수 있고, 이로 인해, 엔진의 로드 증가나 출력 감소와 같은 부작용을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 스크러버 장치(1)의 처리 속도를 높일 수 있다.

한편, 제1 패킹부(51)의 상측부에 각각 설치된 메인 분사관(71)은, 배기가스의 진행 방향에 대해 역방향으로 세정수를 분사하게 되지만, 메인 유로(19)의 상측부에 위치하고 있고, 또한, 배기가스는 벤튜리부(30)를 통과한 후, 메인 유로(19)를 따라 상향 이동하면서 급격한 공간 체적의 증가로 인해 유속이 현저히 떨어지기 때문에, 배기가스에 역배압이 걸리지 않을 뿐 아니라, 세정수의 수분과 배기가스 내의 유해 물질 입자가 더욱 효과적으로 접촉 및 응집되도록 할 수 있다.

또한, 세정수 분사관(70)에 있어서의 메인 분사관(71)과 채널 분사관(75)은 도 5에 도시된 바와 같이, 3개가 병렬로 설치된 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 아니고, 스크러버 본체(10)의 크기나 구조 또는 엔진의 출력, 배기량, 사용 환경 등을 고려하여 적절히 선택하여 적용할 수 있고, 또한 분사 노즐(72, 75)의 개수도 스크러버 장치(1)의 처리 용량을 고려하여 적용할 수 있을 것이다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 작동 과정을 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 벤튜리 일체형 스크러버 장치의 작동 설명도를 나타낸 것으로서, 세정수 분사관(70)으로부터 각각 분사되는 세정수는 점선으로 표시하였다.

먼저, 가스 유입구(11)는 엔진의 배기라인과 연결되기 때문에, 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 화살표(200)와 같이, 스크러버 본체(10)의 가스 유입구(11)로 진입하게 된다.

가스 유입구(11)를 통과한 배기가스는 곧바로 벤튜리부(30)에 구비된 벤튜리 채널(32)로 진입한 후, 벤튜리 채널(32)을 따라 이동하여 스크러버 본체(10)의 하측 방향으로 이동하게 된다.

이때, 배기가스는 벤튜리 채널(32)로 진입함과 아울러, 각 벤튜리 채널(32) 전체로 확산되면서 이동하게 되고, 이 후, 각각의 벤튜리 채널(32)의 배출구에 설치된 채널 분사관(75)으로부터 하향 분사되는 세정수와 혼합되어 제2 패킹부(55)를 통과하게 된다.

배기가스와 세정수가 혼합된 혼합 기체는, 제2 패킹부(55)를 통과할 때, 제2 패킹부(55)에 형성된 좌, 우 방향으로 교차되는 절곡홈(가이드 유로)(45)(도 6 참조)을 따라 이동하면서 좌,우로 찢어짐과 아울러, 다수의 기공(42)을 통해 횡방향으로 분출되어 지속적으로 충돌 및 혼합되게 된다.

이 과정에서, 혼합 기체는 온도가 낮아짐과 아울러, 지속적으로 확산 및 분산됨으로써, 배기가스의 유해 입자들과 세정수의 수분 입자가 효과적으로 응집되면서 제2 패킹부(55)를 빠져나오게 된다.

이때, 배기가스의 유해 입자와 응집된 세정수의 수분 입자는 스크러버 본체(10)의 하방으로 낙하하게 된다.

제2 패킹부(55)를 빠져나오는 혼합 기체는 스크러버 본체(10)의 바닥면과 칸막이벽(60)에 의해 형성된 개구부(65)를 통해 이동하여 스크러버 본체(10)의 후면벽에 부딪힌 후, 메인 유로(19)를 따라 상향 이동하게 된다.

한편, 메인 유로(19)를 따라 상방으로 이동하는 혼합 기체는 스크러버 본체(10)의 후면벽에 설치된 제3 패킹부(57)를 통과하게 된다.

이때 제3 패킹부(57)는 절곡홈(45)의 단면적이 상대적으로 크게 형성되어 있기 때문에, 이 절곡홈(45)에 의해 형성되는 가이드 유로의 조밀도가 낮아, 혼합 기체의 유동 저항을 최소화시킬 수 있다.

한편, 혼합 기체는 제3 패킹부(57)를 통과하면서 주변으로 확산 및 분산됨으로써, 메인 유로(19)의 중앙부로도 쉽게 이동하게 된다.

이와 같이 제3 패킹부(57)를 통과한 혼합 기체는 메인 유로(19)를 따라 2개의 제1 패킹부(51)를 순차적으로 통과하게 됨과 아울러, 메인 분사관(71)으로부터 분사되는 세정수와 다시 혼합되면서 상방으로 이동하게 되고, 이때, 배기가스의 유해 입자들은 수분 입자와 응집하여 하방으로 낙하하게 된다.

따라서, 배기가스는 상기와 같이, 가스 유입구(11)로부터 유입되어 벤튜리부(30)를 통과한 후, 메인 유로(19)를 따라 상방으로 이동하는 과정에서, 내부에 포함된 황산화물의 기체상 입자와 분진 또는 미세 먼지 등과 같은 입자상 미립자들이 세정수의 수분 입자와 접촉, 응집하여 하방으로 낙하하게 됨으로써, 유해 물질이 제거된다.

이때, 배기가스는 내부에 포함된 유해 물질이 제거된 상태에서 가스 배출구(12)를 통해 외부로 배출되고, 유해 물질이 흡착된 세정수는 스크러버 본체(10)의 하방으로 낙하한 후, 세정수 배출구(13)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

따라서, 본 발명은 스크러버 본체(10) 내부에 벤튜리부(30)를 통합 설치함과 아울러, 다단형 구조의 스크러버 본체(10)를 채택함으로써, 스크러버 장치(1) 전체의 크기나 부피 또는 중량을 현저히 감소시켜 소형화, 콤팩트화 할 수 있을 뿐 아니라, 스크러버 장치(1)의 설치 또는 해체 작업이 간편하고, 운반성 및 보관성을 향상시킬 수가 있다.

또한, 본 발명은, 벤튜리부(30)에 구비된 벤튜리 채널(32)의 추가나 확장이 용이하여 다양한 엔진 특성이나 사용 환경에 효과적으로 적용할 수 있고, 또한, 스트럭쳐 패킹부(50)를 통해 배기가스를 더 효과적으로 확산 및 분산시킴과 아울러 쿨링시킬 수 있기 때문에, 유해 물질의 집진 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 배기가스의 처리 속도를 높일 수 있다.

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

예를 들면, 가스 유입구(11)와 가스 배출구(12)의 배치 위치나 개수, 또는 스크러버 본체(10)의 형상 등은 도시된 바에 한정되지 않고, 사용 환경에 대응하여 다양하게 변형하여 적용할 수 있고, 또한, 세정수 분사관(70), 스트럭쳐 패킹부(50) 등의 구조나 배치 위치 등도 적절히 변형하여 적용할 수 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 스크러버 본체(10) 내부에는 배기가스 내에 포함된 수분을 포집하여 제거하는 일반적인 데미스터(demister)도 설치될 수 있다.

여기서, 데미스터는 배기가스 내에 포함된 수분을 걸러내기 위한 필터 역할을 하는 것으로서, 섬유 소재나 플라스틱 또는 금속 소재로 제작되는 다양한 제품을 적용할 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 벤튜리 일체형 스크러버 장치는 선박의 메인 엔진이나 발전용 엔진, 또는 보일러 등 다양한 엔진 설비에 연결하여 배기가스 내의 유해 물질을 저감하는데 사용할 수 있다.

* 도면의 부호의 설명 *
1 : 스크러버 장치 10, 100 : 스크러버 본체
11 : 가스 유입구 12 : 가스 배출구
13 : 세정수 배출구 15 : 개구부
17 : 플랜지 19 : 메인 유로
30 : 벤튜리부 32 : 벤튜리 채널
35 : 격벽 37 : 만곡면
38 : 안내판 40 : 다공판
42 : 기공 45 : 절곡홈
50 : 스트럭쳐 패킹부 51 : 제1 패킹부
55 : 제2 패킹부 57 : 제3 패킹부
60 : 칸막이벽 65 : 개구부
70 : 세정수 분사관 71 : 메인 분사관
75 : 채널 분사관 72,76 : 분사관 본체
73,77 : 분사 노즐 110 : 집진층
120 : 분사관 150 : 벤튜리관
200 : 화살표

Claims (7)

1. 배기가스가 이동할 수 있는 메인 유로를 제공함과 아울러, 상기 배기가스와 이를 세정하는 세정수를 각각 유입 및 배출시킬 수 있는 내부가 비어 있는 스크러버 본체;
   상기 스크러버 본체의 전면부에 설치되는 가스 유입구와 상기 메인 유로를 연통시킬 수 있도록, 상기 스크러버 본체 내부의 전면측에 설치하되, 상기 배기가스를 하향 이동시킬 수 있는 다층 구조의 벤튜리 채널이 구비된 벤튜리부;
   상기 스크러버 본체 내부에 이격 설치되어 상기 배기가스를 확산 및 분산시킬 수 있도록 다수의 기공과 가이드 유로를 제공하는 적어도 하나 이상의 스트럭쳐 패킹부; 및
   상기 스크러버 본체의 하방으로 세정수를 다중 분사하는 다수개의 세정수 분사관;을 포함하여 구성하되,
   상기 벤튜리 채널은,
   다수개의 격벽을 수평 상태로 이격 설치하여 상기 스크러버 본체의 상,하 방향으로 적층 구조를 이루도록 형성하되, 상기 격벽에 만곡면을 설치하여 상기 배기가스의 유로가 하향 변화되도록 하고,
   상기 스트럭쳐 패킹부는,
   상기 스크러버 본체의 상측부에 설치되는 복수의 제1 패킹부와, 상기 벤튜리부의 하단부와 마주보도록 이격 설치되는 제2 패킹부, 및 상기 벤튜리부와 마주보는 상기 스크러버 본체의 내측 후면벽에 설치되는 제3 패킹부로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤튜리 일체형 스크러버 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 격벽의 하단부에는, 내측 방향으로 일정 각도 경사지게 설치되는 안내판이 구비되는 것을 특징으로 하는 벤튜리 일체형 스크러버 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 패킹부는,
   상기 벤튜리부의 최외측 격벽의 하단에 하방으로 일정 거리 연장되는 칸막이벽을 설치하고, 상기 칸막이벽과 상기 스크러버 본체의 전면벽 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 벤튜리 일체형 스크러버 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 스트럭쳐 패킹부는,
   다수의 기공이 형성된 판재를 지그재그로 절곡시켜 다수의 절곡홈이 연속적으로 형성된 다수개의 다공판으로 형성하되, 상기 절곡홈이 좌측 또는 우측 방향으로 경사지도록 절곡된 각각의 다공판을 교대로 중첩시켜 상기 절곡홈이 교차 배치되도록 한 것을 특징으로 하는 벤튜리 일체형 스크러버 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 세정수 분사관은,
   상기 제1 패킹부의 상부에 설치되어 상기 제1 패킹부를 향해 세정수를 다중 분사하는 다수개의 메인 분사관 및 상기 벤튜리 채널의 하측 내부에 설치되는 채널 분사관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤튜리 일체형 스크러버 장치.
   

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