KR102293043B1

KR102293043B1 - 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템

Info

Publication number: KR102293043B1
Application number: KR1020210037591A
Authority: KR
Inventors: 김영식; 심형원; 홍장표; 강희진; 임석연; 유상석
Original assignee: 한국해양과학기술원; 충남대학교산학협력단
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-08-26

Abstract

본 발명은 볼텍스 튜브를 이용하여 선박의 엔진으로부터 배출되는 배출가스를 온도나 질량에 따라 서로 다른 방향으로 이송하고, 매연저감 처리하는 과정을 반복하도록 구성되어 배출가스에 포함된 입자상 물질과 이산화탄소의 양을 대폭 저감시킬 수 있는 매연 및 온실가스 저감 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템은 엔진으로부터 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기, 수분이 제거된 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제1 압축기, 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제1 볼텍스 튜브 및, 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스의 입자상 물질(PM)을 포집하여, 그 입자상 물질(PM)이 저감된 상태인 배출가스를 배출하는 매연포집 챔버 등을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템{Exhaust and greenhouse gas reduction system using vortex tube for ship}

본 발명은 선박의 엔진에서 발생하는 배출가스에 포함된 입자상 물질과 이산화탄소의 양을 저감시키는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼텍스 튜브를 이용하여 선박의 엔진으로부터 배출되는 배출가스를 온도나 질량에 따라 서로 다른 방향으로 이송하고, 매연저감 처리하는 과정을 반복하도록 구성되어 배출가스에 포함된 입자상 물질과 이산화탄소의 양을 대폭 저감시킬 수 있는 매연 및 온실가스 저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 대형 선박의 운행에는 가격이 저렴한 벙커C유가 사용되는데, 특히 선박용으로 사용되는 벙커C유에는 일반 벙커C유 보다 다량의 황이 함유되어 있어 연소시 발생하는 황산화물 등의 매연이 상당한 수준의 환경오염을 유발하게 된다.

따라서, 최근에는 선박에서 발생하는 매연량을 규제하기 위한 강력한 법안들이 범세계적으로 발표되고 있는 상황이며, 이러한 이유로 각국에서는 종래의 화학 에너지를 대신하여 전기 에너지를 선박의 추진에 이용하는 전기추진 선박의 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.

그러나 현재 사용되고 있는 선박의 추진 방식을 전기추진 방식으로 당장 전환할 수는 없기 때문에 선박에서 발생하는 매연량을 대폭 저감시킬 수 있는 대책이 필요한 상황이며, 이에 관련한 발명으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1110015호의 “선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템” 및 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0084797호의 “선박 배기가스 처리장치” 등의 발명들이 제안되어 공개된 바 있다.

우선, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-1110015호의 “선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템”에는 엔진 내부에서의 완전연소를 유도하여 배출되는 질소산화물과 매연의 양을 감소시키고, SCR 촉매층을 이용하여 질소산화물을 질소로 환원시킴으로써 대기오염물질의 배출량을 저감시킬 수 있는 시스템에 관한 발명이 제안되었다.

또한, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0084797호의 “선박 배기가스 처리장치”에는 건식 스크러버와 SCR 장치가 순차적으로 배치되는 구조 하에, 건식 스크러버를 통해 황산화물 입자와 매연입자(PM)를 우선적으로 제거함으로써 SCR 장치의 SCR 촉매 밀도를 높여 질소산화물의 제거효율을 향상시킬 수 있는 장치에 관한 발명이 제안되었다.

그러나 상기한 발명들과 같이 환경의 보호를 목적으로 SCR 방식을 이용하는 경우에는 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되고, 설비에 상당한 공간을 필요로 하게 되는 문제가 발생하게 되며, 흡수탑의 구조를 이용하는 경우에는 배기가스와 흡수제의 반응이 느리게 발생하게 되므로 결과적으로는 배기가스의 처리에 시간이 오래걸리게 되는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 상기와 같은 문제들을 해결하여 초기 설치비용과 유지비용을 상대적으로 저렴하게 형성함과 동시에 선박의 엔진에서 발생하는 배출가스에 포함된 매연의 농도와 이산화탄소와 같은 온실가스의 농도를 신속하고 효율적으로 저감하여 대기중으로 배출할 수 있도록 하는 장치나 시스템에 관한 발명이 요구된다 하겠다.

대한민국 등록특허공보 제10-1110015호(2012. 01. 19.) 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0084797호(2019. 07. 17.)

본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 발명으로서,

상기한 발명들과 같이 환경의 보호를 목적으로 SCR 방식을 이용하는 경우에는 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제와, 설비에 상당한 공간을 필요로 하게 되는 문제가 있고,

흡수탑의 구조를 이용하여 배기가스를 정화하는 방식은 배기가스와 흡수제의 반응이 느리게 발생하게 되므로 결과적으로는 배기가스의 처리에 시간이 오래걸리게 되는 문제가 있었기 때문에, 이에 대한 해결책을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 실현하고자,

엔진으로부터 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기; 수분이 제거된 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제1 압축기; 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제1 볼텍스 튜브; 및, 상기 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스의 입자상 물질(PM)을 포집하여, 그 입자상 물질(PM)이 저감된 상태인 배출가스를 배출하는 매연포집 챔버; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 제1 볼텍스 튜브의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스와 상기 매연포집 챔버로부터 배출되는 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제2 압축기(140); 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제2 볼텍스 튜브(150); 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제1 중량가스 포집 챔버(160); 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제1 경량가스 포집 챔버(170); 상기 제1 중량가스 포집 챔버(160)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제1 중량가스 압축기(180); 상기 제1 경량가스 포집 챔버(170)의 내부에 포집된 배출가스를 응축시키는 제1 경량가스 압축기(190); 상기 제1 경량가스 포집 챔버(170)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제1 경량가스 압축기(190); 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제1 중량가스 압축기(180)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 중량가스 볼텍스 튜브(200); 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제1 경량가스 압축기(190)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 경량가스 볼텍스 튜브(210); 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제2 중량가스 포집 챔버(220); 및, 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제2 경량가스 포집 챔버(230); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템은,

볼텍스 튜브를 이용하여 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 이송하고 매연저감 처리하는 과정을 반복하는 비교적 단순한 구조로 구성되어 초기 설치비용과 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 발생함과 동시에 선박의 엔진에서 발생하는 배출가스에 포함된 매연의 농도와 이산화탄소와 같은 온실가스의 농도를 신속하고 효율적으로 저감하여 대기중으로 배출할 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템의 매연 저감을 위한 기본 구성도.
도 2는 제1 볼텍스 튜브의 내부구조와 그 내부에 형성되는 배출가스의 흐름을 나타낸 단면도.
도 3a은 제1 볼텍스 튜브에 보조 배출관이 부가된 상태와 매연포집 챔버의 내부구조를 나타낸 단면도.
도 3b는 제1 볼텍스 튜브에 보조 배출관이 부가된 상태와 매연포집 챔버의 다른 내부구조를 나타낸 단면도.
도 4는 응축기와 매연포집 챔버를 연결하는 응축수 이송관의 구성을 나타낸 예시도.
도 5는 매연포집 챔버 내부에 포집된 입자상 물질 등의 매연물질이 개폐구를 통해 외부로 반출되는 모습을 나타낸 예시도.
도 6a는 가스 이송관과 매연포집 챔버를 연결하는 연결관 등의 구성을 나타낸 예시도.
도 6b는 제어부의 구성을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템의 온실가스 저감을 위한 추가 구성도.
도 8은 본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템의 온실가스 저감을 위한 다른 추가 구성도.
도 9는 본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템의 온실가스 저감을 위한 또 다른 추가 구성도.

본 발명은 선박의 엔진에서 발생하는 배출가스에 포함된 입자상 물질과 이산화탄소의 양을 저감시키는 시스템에 관한 것으로서,

엔진으로부터 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기(100); 수분이 제거된 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제1 압축기(110); 냉기 배출관(121)과 온기 배출관(122)이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제1 볼텍스 튜브(120); 및, 상기 온기 배출관(122)을 통해 배출되는 배출가스의 입자상 물질(PM)을 포집하여, 그 입자상 물질(PM)이 저감된 상태인 배출가스를 배출하는 매연포집 챔버(130); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템에 관한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.

우선, 도 1에 도시된 응축기(100)는 선박의 엔진으로부터 배출되는 배출가스를 응축시키는 장치로서, 배출가스에 포함된 수분의 전부 또는 상당량을 응축에 의하여 제거하고, 그 응축 과정에 의하여 생성된 응축수를 포집하여 외부로 배출할 수 있도록 구성된다.

즉, 선박의 엔진으로부터 배출된 배출가스는 제1 압축기(110)와 가스 이송관을 순차적으로 통과하며 제1 볼텍스 튜브(120)로 이송되게 되는데, 이 과정에서 배출가스에 다량의 수분이 함유되어 있는 경우에는 제1 압축기(110)에서의 압축 효율의 저하에 따라 제1 볼텍스 튜브(120)의 내부로 진입하는 속도, 즉, 유속이 저하될 수 있다.

따라서, 상기 응축기(100)는 배출가스에 포함된 수분의 전부 또는 상당량을 제거함으로써 상기 제1 압축기(110)에 의한 배출가스의 유속이 고속으로 형성될 수 있도록 하며, 수분을 제거하는 방식으로는 열교환기를 이용하는 열교환 방식으로 냉매를 냉각시키는 응축 방식이 이용될 수 있다.

이에 더하여, 상기 응축기(100)에는 응축 과정에 의하여 생성된 응축수를 필터링 방식으로 포집할 수 있는 응축수 포집기가 구비될 수 있는데 이와 같은 응축수 포집기는 배기가스의 맥동을 잡을 수 있는 서지탱크의 기능도 수행할 수 있으며, 그 크기는 선박용 엔진의 배기량에 맞게 다양하게 구성할 수 있고, 필요에 따라 별도의 서지탱크를 제1 압축기(110)의 전단에 구성할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 도 1에 도시된 상기 제1 압축기(110)는 상기 응축기(100)를 통과하며 수분이 제거된 배출가스를 고압으로 압축하여 매연저감 처리를 위해 빠르게 이송될 수 있도록 하는 장치이며, 그 종류로는 왕복 압축기, 원심 압축기, 또는 회전 압축기 등과 같은 공지의 압축기 중 어느 하나가 이용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템은 상기 응축기(100) 및 상기 제1 압축기(110)가 순차로 배치되어 선박의 엔진으로부터 배출되는 배출가스를 전처리함으로써 이후의 매연처리 과정에서의 효율이 향상될 수 있도록 한다.

한편, 상기 제1 압축기(110)에서 압축된 고압의 배출가스는 가스 이송관을 통해 제1 볼텍스 튜브(120)로 이송되도록 구성되며, 이송과정에서 사용되는 가스 이송관은 전체의 내경이 동일한 일반적인 관의 형태로 구성될 수 있으나, 제1 압축기(110) 측의 내경이 제1 볼텍스 튜브(120) 측의 내경보다 크게 형성되는 2단 이상의 다단의 구조로 형성되어 제1 볼텍스 튜브(120)를 향해 이송되는 배출가스의 유속이 더욱 증가하도록 할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 상기 제1 볼텍스 튜브(120)는 냉기 배출관(121)과 온기 배출관(122)이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 고압의 배출가스를 온도에 따라 냉기와 온기로 분리하여 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 장치이며, 그 배출가스의 분리 배출에는 고압의 기체가 외부로부터 유입될 때 내부에서 발생하는 소용돌이(vortex)를 이용하도록 구성된다.

다만, 도 2에 도시된 바와 같은 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 내부 구조 등은 이미 공지된 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 내부로 유입된 고압의 배출가스는 냉기와 온기로만 분리되는 것이 아니라 질량의 차이에 의해서도 물질 분리, 즉, 상대적인 고질량의 배출가스와 상대적인 저질량의 배출가스로 분리되어, 저질량의 배출가스는 냉기 배출관(121)을 통해 배출되고 고질량의 배출가스는 온기 배출관(122)을 통해 배출되도록 구성된다.

따라서, 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 내부로 유입된 배출가스에 포함된 질소 등 상대적인 저질량의 배출가스는 냉기 배출관(121)을 통해 이송되어 그대로 대기 중에 배출되거나 매연저감 장치(DPF) 등에 공급되어 추가로 매연저감 처리 후 대기로 배출될 수 있으며, 이산화탄소나 입자상 물질(PM) 등 상대적인 고질량의 배출가스는 온기 배출관(122)을 통해서 매연포집 챔버(130)로 이송되는 구성이다.

또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 제1 볼텍스 튜브(120)에는 온기 배출관(122)을 통해 이송되는 배출가스의 일부를 상기 매연포집 챔버(130)로 이송하는 보조 배출관(123)이 그 온기 배출관(122)의 하부 일측과 매연포집 챔버(130)의 하부 일측을 연결하는 형태로 구비되어 고질량의 입자상 물질이 매연포집 챔버(130)로 더 잘 분리되어 이송될 수 있도록 한다.

즉, 상기 보조 배출관(123)은 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 온기 배출관(122)의 내부에서 고질량의 배출가스와 저질량의 배출가스가 분리될 때 고질량인 입자상 물질(PM)이 온기 배출관(122) 내부의 배압에 의해 냉기 배출관(121)으로 이송되는 현상을 방지하기 위해 구성된 것이며, 입자상 물질(PM) 등 매연물질의 분리 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 도 1에 도시된 상기 매연포집 챔버(130)는 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 온기 배출관(122)을 통해 이송되는 배출가스의 매연을 포집하여, 매연농도가 상당히 저감된 상태인 배출가스를 배출하는 장치이다.

구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 매연포집 챔버(130)는 상기 제1 볼텍스 튜브(120)로부터 배출가스가 유입되는 하나 이상의 가스 유입구(131)가 내벽에 형성되고, 저감 처리된 배출가스가 배출되는 가스 배출구(132)가 상부 측에 형성되며, 상기 가스 유입구(131)를 통해 유입된 배출가스를 상기 가스 배출구 측으로 유도하는 경사로(133)가 단층으로 설치되거나 층을 지어 설치되는 하나 이상의 경사판(134)에 의해 상부 측에 형성되는 형태로 구성될 수 있다.

따라서, 가스 유입구(131)를 통해 상기 매연포집 챔버(130)의 내부로 유입된 배출가스는 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 내부를 통과하며 온도가 상승한 상태이므로 그 온도에 의해 상승하고 경사로(133)를 따라 이송되어 가스 배출구(132)를 통해 배출될 수 있다.

그러나 상기 경사로(133)는 상기 매연포집 챔버(130)의 상부에서 단층으로 설치되거나 층을 지어 설치되는 하나 이상의 경사판(134)에 의해 진입로가 좁게 형성되고 진행방향이 다방향으로 형성되는 구성이므로 그 경사로(133)를 통한 배출가스의 이송이 지연될 수 있다.

따라서, 상기 매연포집 챔버(130)의 내부로 유입된 배출가스에 포함된 입자상 물질은 유입량과 배출량의 불균형으로 인해 점차 고밀도화될 수 있으며, 고밀도화됨에 따라 점차 하강하여 매연포집 챔버(130)의 하부측에 적층되게 된다.

한편, 선박의 엔진으로부터 과량의 배출가스가 발생하는 경우에는 상기 매연포집 챔버(130)에 연결된 온기 배출관(122)의 말단부 측에서도 배출가스의 정체현상이 발생할 수 있으나 이러한 현상은 상기한 바와 같이 보조 배출관(123)을 통해 어느 정도 해소될 수 있다.

이때, 상기 매연포집 챔버(130)의 내부에는 외부로부터 해수 또는 응축수가 공급되어 분사 또는 분무될 수 있으며, 그 내부로 분사 또는 분무되는 해수 또는 응축수는 배출가스에 포함된 상태로 고밀도화된 다량의 입자상 물질을 상당량 흡착함으로써, 일정수준 이상 정화된 상태인 배출가스가 가스 배출구(132)를 통해 배출되도록 할 수 있다.

다만, 해수 또는 응축수의 분사 또는 분무에 의해서 배출가스에 포함된 다량의 입자상 물질의 전부를 제거할 수 있는 것은 아니기 때문에 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 매연포집 챔버(130)의 가스 배출구(132) 측에는 입자상 물질의 필터링에 효과적인 미립자 필터로 구성되는 제거 필터(135)가 구비될 수 있다.

이와 관련하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템은 상기 응축기(100)에서 포집된 응축수가 응축수 이송관(101)을 통해 매연포집 챔버(130)로 이송된 후 그 매연포집 챔버(130) 하부의 응축수 배출관(136)을 통해 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 응축기(100)에서 포집되는 응축수는 생성되는 과정이나 포집되는 과정에서 배출가스와 접촉하여 오염된 상태일 수 있는데, 이와 같이 포집된 응축수를 그대로 외부로 배출하도록 구성되는 경우에는 그 오염된 응축수에 의해 선박 주변의 환경이 오염되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 상기 매연포집 챔버(130)의 내부로 유입된 배출가스는 다량의 입자상 물질을 포함하는 상태이므로 일정수준 이상으로 저감 처리된 후 배출되어야 한다.

따라서, 상기 응축수 이송관(101)은 상기 응축기(100)에서 포집된 응축수를 상기 매연포집 챔버(130)로 이송함으로써 그 응축수가 매연포집 챔버(130) 내부의 배출가스에 포함된 상당량의 입자상 물질을 제거한 후 정화 처리되어 외부로 배출되도록 할 수 있으며, 도 3b에 도시된 바와 같이 매연포집 챔버(130)의 하부에는 오염된 상태인 해수나 응축수를 정화하여 외부로 배출하기 위한 필터 등의 수질정화 필터(137)가 구비될 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 매연포집 챔버(130)의 하부에는 그 내부에서 배출가스로부터 분리되어 포집되는 매연물질을 외부로 반출하기 위한 개폐구(138)가 구비될 수 있으며, 그 개폐구(138)를 통해 외부로 반출되는 입자상 물질(PM) 등의 매연물질은 별도로 저장되어 폐기처리 되거나 압축처리에 의해 고체연료화되어 재활용될 수 있다.

또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 응축기(100)의 내부에 설치된 상태로 그 내부의 압력을 측정하는 압력 센서(102), 응축기(100)와 상기 제1 압축기(110)를 연결하는 가스 이송관의 내부와 상기 매연포집 챔버(130)의 내부를 연결하는 연결관(103), 상기 연결관을 따라 이송되는 배출가스의 흐름을 제어하는 개폐 밸브(104) 및, 상기 압력 센서(102)에서 측정되는 압력값에 의하여 상기 개폐 밸브(104)를 개폐시키는 제어부(105)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 선박용 엔진으로부터 배출되는 배출가스의 양은 그 선박용 엔진의 상태나 현재 출력에 따라 다르게 형성될 수 있는데 배출되는 배출가스의 양이 상기 제1 볼텍스 튜브(120) 및 상기 매연포집 챔버(130) 등에 의한 배출가스의 처리용량보다 과량으로 형성되는 경우에는 엔진에 과도한 배압이 발생할 수 있고, 이는 곧 엔진의 출력 저하로 이어질 수 있다.

따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 엔진에 배압이 발생하지 않도록 상기 압력 센서(102)에 의해 측정되는 압력값에 따라 상기 제어부(105)가 상기 개폐 밸브(104)에 의한 상기 연결관의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 구성됨으로써 상기 응축기(100)를 통과한 배출가스의 일부가 그 연결관을 따라 상기 매연포집 챔버(130)의 내부로 바로 이송되도록 할 수 있다.

또한, 선박의 엔진에서 발생하는 배출가스를 상기 응축기(100)로 공급하는 공급관에도 그 내부에 흐르는 배출가스의 일부를 상기 매연포집 챔버(130)로 이송하거나 그대로 외부로 배출할 수 있도록 하는 비상관이 연결될 수 있으며, 그 비상관의 내부를 개방 또는 폐쇄하기 위한 체크 밸브 등의 개폐용 밸브가 구비될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 구성에 더하여, 입자상 물질이 상당량 제거된 상태인 배출가스로부터 이산화탄소 등의 온실가스를 제거하기 위한 수단으로 다음과 같은 구성을 가진다.

우선, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 냉기 배출관(121)을 통해 배출되는 배출가스와 상기 매연포집 챔버(130)로부터 배출되는 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제2 압축기(140), 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제2 볼텍스 튜브(150), 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제1 중량가스 포집 챔버(160), 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제1 경량가스 포집 챔버(170), 상기 제1 중량가스 포집 챔버(160)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제1 중량가스 압축기(180) 및, 상기 제1 경량가스 포집 챔버(170)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제1 경량가스 압축기(190)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제1 중량가스 압축기(180)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 중량가스 볼텍스 튜브(200), 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제1 경량가스 압축기(190)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 경량가스 볼텍스 튜브(210), 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제2 중량가스 포집 챔버(220) 및, 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제2 경량가스 포집 챔버(230)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제2 압축기(140)는 상기 제1 압축기(110)와 동일한 구성 및 기능의 장치이며, 상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스와 상기 매연포집 챔버(130)로부터 배출되는 배출가스를 고압으로 압축함으로써 이산화탄소 등 온실가스의 저감 처리를 위해 빠르게 이송될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제2 볼텍스 튜브(150)는 상기 제1 볼텍스 튜브(120)와 동일한 구성 및 기능의 장치이며, 상기 제2 압축기(140)에 의해 고압으로 압축된 상태로 가스 이송관을 통해 이송되는 배출가스를 온도와 질량의 차이에 분리함으로써 냉기 배출관과 온기 배출관을 통해 서로 다른 방향으로 분리되어 배출될 수 있도록 한다.

이때, 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 냉기 배출관으로는 고질량의 가스가 배출되도록 구성되고, 온기 배출관으로는 저질량의 가스가 배출되도록 구성되며, 이에 따라, 배출가스에 포함된 이산화탄소 등의 고질량의 가스는 냉기 배출관을 통해 배출되고, 질소 등의 상대적인 저질량의 배출가스는 온기 배출관을 통해 배출되는 구성이다.

즉, 통상적인 볼텍스 튜브의 내부로 유입되는 유체는 공급 압력에 따라 그 내부에서의 회전수가 달라지게 되는데 공급 압력이 설정값보다 낮게 형성되는 경우에는 볼텍스 튜브 내부에서의 회전수가 약하게 형성되고, 반대로 공급 압력이 설정값보다 높게 형성되는 경우에는 볼텍스 튜브 내부에서의 회전수가 강하게 형성된다.

따라서, 상기 제1 압축기(110)의 출력 조정에 의해 배출가스의 공급 압력이 설정값보다 낮게 형성되는 상기 제1 볼텍스 튜브(120)에서는 원심분리기의 원리에 따라 고질량인 입자상 물질(PM)이 온기 배출관(122)을 통해 배출되는 구성이나, 상기 제2 압축기(140)의 출력에 의해 배출가스의 공급 압력이 설정값보다 높게 형성되는 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 내부에서는 수십만 rpm으로 회전하게 되는 배출가스에 대한 싸이클론 형태의 분리현상이 발생하여 이산화탄소 등의 고질량의 가스가 냉기 배출관을 통해 배출되는 구성이다.

이후, 상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스는 상기 제1 중량가스 포집 챔버(160)의 내부로 유입되는 구성이고, 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스는 상기 제1 경량가스 포집 챔버(170)의 내부로 유입되는 구성이며, 상기 매연포집 챔버(130)와 동일한 형태로 구성될 수 있는 각 포집 챔버의 내부에서 이산화탄소의 저감 처리후 외부로 배출되는 구성이다.

한편, 상기 제2 볼텍스 튜브(150)로 유입되는 배출가스에 상당량의 산소가 포함되어 있는 경우에는 이산화탄소 보다는 작은 질량을 가지고 질소보다는 큰 질량을 가진 산소가 온기 배출관이나 냉기 배출관 중 어느 하나로만 배출되지 아니하고 양쪽으로 모두 배출될 수 있다.

즉, 상기 제2 볼텍스 튜브(150)만으로는 배출가스에 포함된 산소의 분리가 어려울 수 있기 때문에 본 발명은 상기 제2 압축기(140)로 유입되는 배출가스를 응축시키는 응축부와 그 응축부에 의해 응축된 배출가스로부터 산소를 제거하는 산소제거촉매를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 산소제거촉매의 종류에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.

또한, 상기 제1 중량가스 압축기(180)는 상기 제1 압축기(110)와 동일한 기능의 장치이며, 상기 제1 중량가스 포집 챔버(160)의 내부에 포집된 배출가스를 고압으로 압축함으로써 배출가스의 다음 저감처리를 위해 빠르게 이송될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제1 경량가스 압축기(190)는 상기 제1 압축기(110)와 동일한 기능의 장치이며, 상기 제1 경량가스 포집 챔버(170)의 내부에 포집된 배출가스를 응축하고 고압으로 압축함으로써 배출가스의 다음 저감처리를 위해 빠르게 이송될 수 있도록 한다.

이때, 상기 제1 중량가스 압축기(180)에서 고압으로 압축된 배출가스는 상기 제1 볼텍스 튜브(120)와 동일한 구성을 가진 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)의 내부로 유입되어 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출되도록 구성되며, 상기 제1 경량가스 압축기(190)에서 고압으로 압축된 배출가스는 역시 제1 볼텍스 튜브(120)와 동일한 구성을 가진 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210)의 내부로 유입되어 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출되도록 구성된다.

이후, 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스는 상기 매연포집 챔버(130)와 동일한 형태로 구성될 수 있는 상기 제2 중량가스 포집 챔버(220)의 내부로 유입되어 이산화탄소가 저감처리 되고, 상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스는 역시 매연포집 챔버(130)와 동일한 형태로 구성될 수 있는 상기 제2 경량가스 포집 챔버(230)의 내부로 유입되어 이산화탄소 등 온실가스가 저감처리 되는 구성이다.

상기한 바와 같은 구성에 의하여, 본 발명은 별도의 이산화탄소 흡수제를 이용할 필요없이 배출가스에 포함된 이산화탄소를 효율적으로 분리할 수 있는 효과가 발생하며, 배출가스로부터 이산화탄소를 분리시키는 공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 발생한다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명은 배출가스에 포함된 이산화탄소 등의 온실가스를 더욱 저감시키기 위한 목적으로, 상기 제2 중량가스 포집 챔버(220)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제2 중량가스 압축기(240), 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제2 중량가스 압축기(240)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제1 추가 볼텍스 튜브(250), 상기 제1 추가 볼텍스 튜브(250)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제3 중량가스 포집 챔버(260) 및, 상기 제1 추가 볼텍스 튜브(250)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제3 경량가스 포집 챔버(270)의 구성을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이와 동일한 형태의 구성을 더 반복적으로 부가할 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 제2 경량가스 포집 챔버(230)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제2 경량가스 압축기(280), 냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제2 경량가스 압축기(280)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제2 추가 볼텍스 튜브(290), 상기 제2 추가 볼텍스 튜브(290)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제4 중량가스 포집 챔버(300) 및, 상기 제2 추가 볼텍스 튜브(290)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제4 경량가스 포집 챔버(310)의 구성을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이와 동일한 형태의 구성을 더 반복적으로 부가할 수 있다.

위에서 소개된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로써 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장 또는 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

100 : 응축기 → 101 : 응축수 이송관
→ 102 : 압력 센서
→ 103 : 연결관
→ 104 : 개폐 밸브
→ 105 : 제어부
110 : 제1 압축기
120 : 제1 볼텍스 튜브 → 121 : 냉기 배출관
→ 122 : 온기 배출관
→ 123 : 보조 배출관
130 : 매연포집 챔버 → 131 : 가스 유입구
→ 132 : 가스 배출구
→ 133 : 경사로
→ 134 : 경사판
→ 135 : 제거 필터
→ 136 : 응축수 배출관
→ 137 : 수질정화 필터
→ 138 : 개폐구
140 : 제2 압축기
150 : 제2 볼텍스 튜브
160 : 제1 중량가스 포집 챔버
170 : 제1 경량가스 포집 챔버
180 : 제1 중량가스 압축기
190 : 제1 경량가스 압축기
200 : 중량가스 볼텍스 튜브
210 : 경량가스 볼텍스 튜브
220 : 제2 중량가스 포집 챔버
230 : 제2 경량가스 포집 챔버
240 : 제2 중량가스 압축기
250 : 제1 추가 볼텍스 튜브
260 : 제3 중량가스 포집 챔버
270 : 제3 경량가스 포집 챔버
280 : 제2 경량가스 압축기
290 : 제2 추가 볼텍스 튜브
300 : 제4 중량가스 포집 챔버
310 : 제4 경량가스 포집 챔버

Claims

엔진으로부터 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기(100);
수분이 제거된 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제1 압축기(110);
냉기 배출관(121)과 온기 배출관(122)이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제1 볼텍스 튜브(120);
상기 온기 배출관(122)을 통해 배출되는 배출가스의 입자상 물질(PM)을 포집하여, 그 입자상 물질(PM)이 저감된 상태인 배출가스를 배출하는 매연포집 챔버(130);
상기 제1 볼텍스 튜브(120)의 냉기 배출관(121)을 통해 배출되는 배출가스와 상기 매연포집 챔버(130)로부터 배출되는 배출가스를 압축하여 가스 이송관을 통해 이송시키는 제2 압축기(140);
냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 가스 이송관을 통해 이송된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제2 볼텍스 튜브(150);
상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제1 중량가스 포집 챔버(160);
상기 제2 볼텍스 튜브(150)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제1 경량가스 포집 챔버(170);
상기 제1 중량가스 포집 챔버(160)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제1 중량가스 압축기(180);
상기 제1 경량가스 포집 챔버(170)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제1 경량가스 압축기(190);
냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제1 중량가스 압축기(180)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 중량가스 볼텍스 튜브(200);
냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제1 경량가스 압축기(190)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 경량가스 볼텍스 튜브(210);
상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제2 중량가스 포집 챔버(220); 및,
상기 중량가스 볼텍스 튜브(200)와 상기 경량가스 볼텍스 튜브(210) 각각의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제2 경량가스 포집 챔버(230); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 볼텍스 튜브(120)에는,
상기 온기 배출관(122)의 내부에서 이송되는 배출가스의 일부를 상기 매연포집 챔버(130)로 이송하는 보조 배출관(123)이 구비되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 매연포집 챔버(130)는,
상기 볼텍스 튜브(120)로부터 배출가스가 유입되는 하나 이상의 가스 유입구(131)가 내벽에 형성되고,
저감 처리된 배출가스가 배출되는 가스 배출구(132)가 상부 측에 형성되며,
상기 가스 유입구(131)를 통해 유입된 배출가스를 상기 가스 배출구(132) 측으로 유도하는 경사로(133)가 층을 지어 설치되는 다수의 경사판(134)에 의해 상부 측에 형성되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 응축기(100)에서 포집된 응축수가 응축수 이송관(101)을 통해 상기 매연포집 챔버(130)로 이송된 후 매연포집 챔버(130) 하부의 응축수 배출관(136)을 통해 외부로 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 응축기(100)의 내부에 설치된 상태로 그 내부의 압력을 측정하는 압력 센서(102);
상기 응축기(100)와 상기 압축기(110)를 연결하는 가스 이송관의 내부와 상기 매연포집 챔버(130)의 내부를 연결하는 연결관(103);
상기 연결관(103)을 따라 이송되는 배출가스의 흐름을 제어하는 개폐 밸브(104); 및,
상기 압력 센서(102)에서 측정되는 압력값에 의하여 상기 개폐 밸브(104)를 개폐시키는 제어부(105); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 중량가스 포집 챔버(220)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제2 중량가스 압축기(240);
냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제2 중량가스 압축기(240)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제1 추가 볼텍스 튜브(250);
상기 제1 추가 볼텍스 튜브(250)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제3 중량가스 포집 챔버(260); 및,
상기 제1 추가 볼텍스 튜브(250)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제3 경량가스 포집 챔버(270); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 경량가스 포집 챔버(230)의 내부에 포집된 배출가스를 압축시키는 제2 경량가스 압축기(280);
냉기 배출관과 온기 배출관이 구비된 상태로 상기 제2 경량가스 압축기(280)에서 압축된 배출가스가 유입되고, 유입된 배출가스를 온도에 따라 서로 다른 방향으로 분리 배출하는 제2 추가 볼텍스 튜브(290);
상기 제2 추가 볼텍스 튜브(290)의 냉기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제4 중량가스 포집 챔버(300); 및,
상기 제2 추가 볼텍스 튜브(290)의 온기 배출관을 통해 배출되는 배출가스가 유입되는 제4 경량가스 포집 챔버(310); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템.