KR102232567B1 - 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박 - Google Patents

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이정훈
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박에 관한 것으로서, 본 발명의 배기가스 처리 시스템은, 선박의 연돌 상부에 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 횡방향으로 설치되며, 상기 하우징을 제1공간과 제2공간으로 구획하는 격벽; 및 상기 제2공간에 설치되어 배기가스에 함유된 황산화물을 워터 스프레이 방식으로 제거하는 황산화물 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박{Exhaust Gas Treatment System and Ship including the same}
본 발명은 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박에서는 엔진, 보일러, 소각로 등으로부터 배출되는 인체에 유해한 배기가스를 대기 중으로 배출하기 위하여, 거주구 또는 선교보다 높은 위치에 연돌(funnel)이 설치되며, 엔진룸에서 연결된 배기관이 연돌에 내장된다.
이러한 연돌은 통상적으로 거주구 또는 선교의 뒤편에 위치되며, 배기가스를 거주구 또는 선교에서 보다 멀리 배출시키기 위해 되도록 높게 설치하게 된다.
연돌을 통과하여 대기중으로 배출되는 배기가스는 온도가 비교적 고온이라 상승기류를 형성하여 선박의 후미를 벗어난 대기 중으로 원활하게 배출된다.
그런데 연돌의 배기가스 배출구 주변부의 바람 등 외부 영향에 의해 충분한 유속을 가지지 못할 경우, 배기가스가 대기 중으로 원활히 배출되지 않게 되고, 이로 인하여 선박 거주구의 형상에 의해 경계층이 형성되면 배기가스가 경계층을 통과하지 못하여 거주구 주위로 확산 또는 선미 쪽으로 흘러 선박을 오염시키거나 선원에게 좋지 못한 영향을 주는 등 문제가 있다.
이러한 상기와 같은 문제를 해결하고자 종래에는 연돌로부터 배출되는 배기가스의 방향을 제어하기 위한 별도의 막을 설치하거나 단순히 연돌의 높이를 높이고 있으나 이는 선박의 구조적인 설계의 문제로도 발생할 수 있다는 점에서 바람직한 해결책이 될 수 없는 실정이다.
최근, 국제해사기구(IMO)는 제70차 해양환경보전위원회(MEPC 70)에서 2020년 1월 이후부터 전세계를 항해하는 모든 선박에 배기가스의 황산화물 한계치(SOx limit)를 0.5% 이내로 맞춰야 하는 것을 강제사항으로 규정하였으며, 질소산화물(NOx)의 경우 지역에 따라 배출 규정이 다르게 적용되는데, 특히 Tier3 등급은 육지와 인접한 연안 등 특별히 지정된 배출가스 제한 구역(Emission Control Area)에서 강제사항으로 규정하고 있다.
이에 따라 오늘날 해양 산업에서 선박으로부터의 배기가스 중에서 황산화물을 저감시키기 위한 방안으로, 고급 연료인 SOx 0.5% 이하의 MGO를 사용하는 방안이 있으나, 이 방안의 경우 고급 연료를 사용함으로 인하여 OPEX 증가되는 단점이 있고, LNG Fueled Ship을 적용하는 방안이 있으나, 이 방안의 경우 LNG를 원료로 하는 시스템이지만 초기 CAPEX가 너무 높아 고급 연료를 사용하는 OPEX를 감안 하여도 자금회수(pay-back) 기간이 15~20년으로 현실성이 없고, 초기 설치비가 들지만 고급 연료를 사용하는 OPEX를 감안 하여도 자금회수 기간이 3년 이내로 현실성이 있는 배기가스 정화장치(Exhaust Gas Cleaning System; EGCS)를 적용하는 것이 대안으로 떠오르고 있다.
그런데 배기가스 정화장치는 배기가스 라인에 황화합물을 걸러주는 황산화물 스크러버 유닛(Sox Scrubber unit)를 설치하여 황산화물을 저감시키는 장치로서, 배기가스 라인에 관련장비가 많이 설치되는 구조를 갖는다.
상기한 황산화물 스크러버 유닛은 선박의 연돌 구조 내부, 측면 또는 후면에 설치하고 있으며 공간적으로 큰 부피를 차지한다. 따라서 선박의 신조 공사 시 선박의 제한된 공간 상에 황산화물 스크러버 유닛 설치함에 있어 넓은 공간을 차지하는 문제가 있다. 또한, 황산화물 스크러버 유닛을 가지지 않은 기존의 선박에 황산화물 스크러버 유닛을 새롭게 설치하는 개조 공사의 경우 공사의 규모가 커서 설치에 따른 비용 및 공수가 많이 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 선박의 신조 공사 시 설치 공간에 제약을 받지 않도록 하는 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 배기가스가 선박을 오염시키는 것을 방지할 수 있도록 하는 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 배기가스 처리 시스템이 없는 기존의 선박에 외형을 변형시키는 별도의 개조 공사 없이 용이하게 설치할 수 있도록 하는 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 처리 시스템은, 선박의 연돌 상부에 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 횡방향으로 설치되며, 상기 하우징을 제1공간과 제2공간으로 구획하는 격벽; 및 상기 제2공간에 설치되어 배기가스에 함유된 황산화물을 워터 스프레이 방식으로 제거하는 황산화물 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1공간은, 상기 연돌의 상부로 돌출되는 배기관의 배기가스 배출구가 수용되며, 상기 배기가스 배출구로부터 배출되는 배기가스를 임시 저장하는 공간일 수 있다.
구체적으로, 상기 격벽은, 상기 하우징을 지지하면서, 상기 제1공간에 임시 저장된 배기가스가 상기 제2공간으로 유동하도록 통기성 구조로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 황산화물 처리부는, 펌프; 상기 펌프로로부터 공급되는 물을 상기 제2공간 내부에 분사하여 배기가스에 함유된 황산화물을 제거하는 워터 스프레이 장치; 및 제거된 황산화물이 포함된 처리수를 저장하는 처리수 저장소를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 워터 스프레이 장치는, 상기 하우징의 내부에 횡방향으로 설치되되, 상기 하우징과 사이에 배기가스가 유동하는 통로가 마련되도록 설치되는 패널; 상기 패널의 내부에 설치되되, 일단이 펌프에 연결되는 워터 파이프; 및 상기 워터 파이프의 타단에 일정 간격을 두고 복수 개 설치되어 상기 통로에 물을 분사하는 분사노즐을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 워터 스프레이 장치는, 상기 하우징의 내부에 일정 간격을 두고 복수 개 설치되되, 상기 통로가 하부와 상부에 번갈아 가면서 마련되도록 설치될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1공간에 임시 저장된 배기가스를 상기 제2공간으로 공급하도록, 상기 격벽에 복수 개 설치되는 제1송풍팬과, 상기 제2공간에서 황산화물이 제거된 배기가스를 대기중으로 방출하도록, 상기 하우징의 후방벽에 설치되는 제2송풍팬으로 이루어지는 송풍장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박은, 상기에 기재된 배기가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 연돌의 상부에 배기가스 처리 시스템을 마련함으로써, 선박의 신조 공사 시 설치 공간에 제약을 받지 않아 공간 활용도를 증가시킬 수 있고, 배기가스 처리 시스템이 설치되지 않은 기존에 건조된 선박의 외형을 변형시키는 별도의 개조 공사 없이도 용이하게 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 배기가스 처리 시스템을 연돌의 상부에 단순 구조로 설치할 수 있어, 시스템 단순화, 설치에 따른 비용 및 공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 배기가스 처리 시스템을 연돌보다 높은 위치에서 설치하고 송풍장치를 통해 배기가스를 대기중으로 강제 방출시킴으로써, 배기가스가 선박의 후미를 벗어난 대기 중으로 원활하게 방출될 수 있어, 배기가스로 인한 선박의 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박의 일부 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 워터 스프레이 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 선박의 일부 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 워터 스프레이 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 배기가스 처리 시스템(100)은, 연소기관(40)의 배기가스 중에서 황산화물(SOx)을 저감하는 시스템으로서, 하우징(110), 격벽(120), 황산화물 처리부(130), 송풍장치(140)를 포함한다.
상기에서, 연소기관(40)은, 선박(1)의 메인 엔진 또는 제너레이터 엔진 등 각종 엔진일 수 있으며, 연료로 화석 연료가 사용된다. 이러한 연소기관(40)에서 발생되는 배기가스에는 황산화물(SOx) 등의 유해 성분이 함유되어 있으며, 본 실시예에서는 이러한 황산화물 등의 유해 성분이 배기관(50)을 통해 대기중으로 방출되기 전에 저감시킬 수 있도록, 연돌(30)의 상부에 배기가스 처리 시스템(100)을 설치한다.
상기에서, 배기관(50)은, 엔진룸 케이싱(20)과 연돌(30) 내부에 설치되며, 선박(1)의 엔진룸(10)에 마련되는 연소기관(40) 예를 들면, 메인 엔진, 디젤 제너레이터, 보일러, 소각로 등으로부터 배출되는 인체에 유해한 배기가스를 연돌(30)의 상부로 돌출되는 배기가스 배출구(51)를 통해 대기 중으로 배출할 수 있다.
하우징(110)은, 연돌(30)의 상부에 설치될 수 있다.
하우징(110)은, 선박(1)이 항해할 때 저항을 줄일 수 있도록 전방벽(113)을 경사지게 형성하며, 이러한 전방벽(113)으로부터 선박(1)의 후미측으로 연장되어 후방벽(114)이 마련되는 밀폐형으로 제작될 수 있다. 이러한 하우징(110)은, 격벽(120)에 의해 제1공간(111)과 제2공간(112)으로 구획될 수 있다.
제1공간(111)은, 연돌(30)의 상부로 돌출되는 배기관(50)의 배기가스 배출구(51)가 수용되며, 배기가스 배출구(51)로부터 배출되는 배기가스를 임시 저장할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 임시 저장된 배기가스는 격벽(120)을 통해 제2공간(112)으로 공급될 수 있다.
제2공간(112)은, 제1공간(111)으로부터 공급되는 배기가스에 함유된 황산화물을 처리하는 황산화물 처리부(130)가 마련될 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
격벽(120)은, 하우징(110)이 제1공간(111)과 제2공간(112)으로 구획될 수 있도록, 하우징(110)의 내부에 횡방향으로 설치될 수 있다.
격벽(120)은, 하우징(110)을 지지하면서, 제1공간(111)에 임시 저장된 배기가스가 제2공간(112)으로 유동할 수 있도록 통기성 구조로 형성될 수 있다.
또한, 격벽(120)은, 제1공간(111)에 임시 저장된 배기가스를 제2공간(112)으로 원활하게 공급할 수 있도록, 송풍장치(140)의 제1송풍팬(141)이 복수 개 설치될 수 있다.
황산화물 처리부(130)는, 하우징(110)의 제2공간(112)에 설치되어 제1공간(111)으로부터 공급되는 배기가스에 함유된 황산화물을 워터 스프레이(water spray) 방식으로 제거할 수 있으며, 워터 스프레이 장치(131), 펌프(132), 처리수 저장소(133)를 포함할 수 있다.
워터 스프레이 장치(131)는, 펌프(132)로부터 공급되는 물(예를 들어, 해수)을 제2공간(112) 내부에 분사하여 배기가스에 함유된 황산화물을 제거할 수 있으며, 패널(131a), 워터 파이프(131b), 분사노즐(131c)을 포함할 수 있다.
패널(131a)은, 하우징(110)의 내부에 횡방향으로 설치되되, 제1공간(111)으로부터 공급되는 배기가스가 상부통로(134) 또는 하부통로(135)를 통해 송풍장치(140)의 제2송풍팬(142)으로 유동할 수 있도록 설치될 수 있다.
구체적으로, 패널(131a)은, 양 측면이 하우징(110)의 내측면에 연결되고, 상면 또는 하면 중 어느 하나의 면이 하우징(110)의 천장 또는 바닥에 연결되되, 연결되지 않은 면이 하우징(110)의 천장 또는 바닥으로부터 일정 간격 이격되도록 설치할 수 있다. 이로써, 연결되지 않은 면과 하우징(110) 사이에는 상부통로(134) 또는 하부통로(135)가 마련될 수 있다.
이러한 패널(131a)은, 배기가스가 상부통로(134) 또는 하부통로(135)를 제외한 나머지 부분으로는 유동되지 못하게 하는 칸막이 역할을 수행할 수 있으며, 내부에 워터 파이프(131b)가 구비될 수 있다.
워터 파이프(131b)는, 패널(131a)의 내부에 설치될 수 있으며, 펌프(132)로부터 공급되는 물이 분사노즐(131c)로 공급되도록 하는 흐름 통로를 제공할 수 있다.
이러한 워터 파이프(131b)는, 일단이 패널(131a)로부터 외부로 연장되어 펌프(132)에 연결되고, 타단이 분사노즐(131c)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 내부에 설치되는 워터 파이프(131b)가 단일 배관인 것을 도시하였지만, 다양하게 설계될 수 있음은 물론이다.
분사노즐(131c)은, 패널(131a) 내부에 매립된 상태에서 워터 파이프(131b)의 타단에 일정 간격을 두고 복수 개 설치될 수 있다.
복수 개의 분사노즐(131c)은, 외부로 노출된 분사구를 통해 상부통로(134) 또는 하부통로(135)에 물을 분사할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 워터 스프레이 장치(131)는, 하우징(110)의 제2공간(112)에서 격벽(120)을 기준으로 일정 간격을 두고 복수 개 설치되되, 첫 번째는 하우징(110)의 바닥으로부터 일정 간격 이격되어 천장에 설치되고, 두 번째는 하우징(110)의 천장으로부터 일정 간격 이격되어 바닥에 설치되며, 이러한 배열로 적어도 2개 또는 그 이상으로 설치될 수 있다.
첫 번째와 같이 워터 스프레이 장치(131)를 설치함에 의해 워터 스프레이 장치(131)와 하우징(110)의 바닥 사이에 배기가스가 유동하는 하부통로(135)가 형성될 수 있고, 두 번째와 같이 워터 스프레이 장치(131)를 설치함에 의해 워터 스프레이 장치(131)와 하우징(110)의 천장 사이에 배기가스가 유동하는 상부통로(134)가 형성될 수 있다.
상기에서, 복수 개의 워터 스프레이 장치(131)는, 분사노즐(131c)이 위치되는 부분이 상부통로(134) 또는 하부통로(135)에 위치되도록 설치된다. 즉, 워터 스프레이 장치(131)는, 하우징(110)의 내부에 일정 간격을 두고 복수 개 설치되되, 상부통로(134)와 하부통로(135)가 번갈아 가면서 마련되도록 설치됨으로써, 배기가스에 함유된 황산화물을 효율적으로 제거할 수 있게 한다.
펌프(132)는, 워터 파이프(131b)의 일단에 연결되어 분사노즐(131c)에 물을 공급할 수 있다.
처리수 저장소(133)는, 하우징(110)의 제2공간(112)과 연통되는 배수관(133a)에 연결될 수 있으며, 배수관(133a)을 통해 배출되는 황산화물이 포함된 처리수를 저장할 수 있다.
송풍장치(140)는, 배기가스 배출구(51)를 통해 하우징(110)으로 배기되는 배기가스가 하우징(110) 내부에서 일방향으로 원활하게 유동될 수 있도록 하며, 대기중으로 강제 방출시킬 수 있다. 송풍장치(140)는, 제1송풍팬(141)과 제2송풍팬(142)으로 이루어질 수 있다.
제1송풍팬(141)은, 제1공간(111)에 임시 저장된 배기가스를 제2공간(112)으로 원활하게 공급할 수 있도록, 격벽(120)에 복수 개 설치될 수 있다.
제2송풍팬(142)은, 하우징(110)의 제2공간(112)에서 워터 스프레이 장치(131)에 의해 황산화물이 제거된 배기가스를 대기중으로 방출할 수 있도록, 하우징(110)의 후방벽(114)의 상부에 설치될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 연돌(30)의 상부에 배기가스 처리 시스템(100)을 마련함으로써, 선박(1)의 신조 공사 시 설치 공간에 제약을 받지 않아 공간 활용도를 증가시킬 수 있고, 배기가스 처리 시스템이 설치되지 않은 기존에 건조된 선박의 외형을 변형시키는 별도의 개조 공사 없이도 용이하게 설치할 수 있다
또한, 본 실시예는, 배기가스 처리 시스템(100)을 연돌(30)의 상부에 단순 구조로 설치할 수 있어, 시스템 단순화, 설치에 따른 비용 및 공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 배기가스 처리 시스템(100)을 연돌(30)보다 높은 위치에서 설치하고 송풍장치(140)를 통해 배기가스를 대기중으로 강제 방출시킴으로써, 배기가스가 선박(1)의 후미를 벗어난 대기 중으로 원활하게 방출될 수 있어, 배기가스로 인한 선박의 오염을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 선박 10: 엔진룸
20: 엔진룸 케이싱 30: 연돌
40: 연소기관 50: 배기관
51: 배기가스 배출구 100: 배기가스 처리 시스템
110: 하우징 111: 제1공간
112: 제2공간 113: 전방벽
114: 후방벽 120: 격벽
130: 황산화물 처리부 131: 워터 스프레이 장치
131a: 패널 131b: 워터 파이프
131c: 분사노즐 132: 펌프
133: 처리수 저장소 133a: 배수관
134: 상부통로 135: 하부통로
140: 송풍장치 141: 제1송풍팬
142: 제2송풍팬

Claims (8)

  1. 선박의 연돌 상부에 설치되는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 횡방향으로 설치되며, 상기 하우징을 제1공간과 제2공간으로 구획하는 격벽; 및
    상기 제2공간에 설치되어 배기가스에 함유된 황산화물을 워터 스프레이 방식으로 제거하는 황산화물 처리부를 포함하며,
    상기 황산화물 처리부는,
    펌프;
    상기 펌프로로부터 공급되는 물을 상기 제2공간 내부에 분사하여 배기가스에 함유된 황산화물을 제거하는 워터 스프레이 장치; 및
    제거된 황산화물이 포함된 처리수를 저장하는 처리수 저장소를 포함하고,
    상기 워터 스프레이 장치는,
    상기 하우징의 내부에 횡방향으로 설치되되, 상기 하우징과 사이에 배기가스가 유동하는 통로가 마련되도록 설치되는 패널;
    상기 패널의 내부에 설치되되, 일단이 펌프에 연결되는 워터 파이프; 및
    상기 워터 파이프의 타단에 일정 간격을 두고 복수 개 설치되어 상기 통로에 물을 분사하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1공간은,
    상기 연돌의 상부로 돌출되는 배기관의 배기가스 배출구가 수용되며, 상기 배기가스 배출구로부터 배출되는 배기가스를 임시 저장하는 공간인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 격벽은,
    상기 하우징을 지지하면서, 상기 제1공간에 임시 저장된 배기가스가 상기 제2공간으로 유동하도록 통기성 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 워터 스프레이 장치는,
    상기 하우징의 내부에 일정 간격을 두고 복수 개 설치되되, 상기 통로가 하부와 상부에 번갈아 가면서 마련되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1공간에 임시 저장된 배기가스를 상기 제2공간으로 공급하도록, 상기 격벽에 복수 개 설치되는 제1송풍팬과, 상기 제2공간에서 황산화물이 제거된 배기가스를 대기중으로 방출하도록, 상기 하우징의 후방벽에 설치되는 제2송풍팬으로 이루어지는 송풍장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 상기 배기가스 처리 시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 선박.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3318340B2 (ja) * 1992-03-19 2002-08-26 日立電子エンジニアリング株式会社 スクラバ
KR20140025643A (ko) * 2012-08-21 2014-03-05 대우조선해양 주식회사 배기가스의 수트 제거장치
KR20190076561A (ko) * 2017-12-22 2019-07-02 채병현 물분사를 이용한 굴뚝용 매연저감장치

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