KR102517656B1 - 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진에서 발생하는 배기가스에 대한 미세먼지의 정화 처리를 볼텍스 튜브나 사이클론 등의 장치를 통해 실시하여 배기가스에 의한 환경오염이 방지될 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이며, 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기, 압축기로부터 이송되어 내부로 유입된 배기가스에 포함된 미세먼지를 분리하는 메인 미세먼지 분리장치 및, 메인 미세먼지 분리장치로부터 배출되는 배기가스에 포함된 잔류 미세먼지를 포집하여, 오염도가 저감된 상태인 배기가스를 배출하는 미세먼지 포집 챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 배기가스에 포함된 미세먼지를 저감시키는 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 엔진에서 발생하는 배기가스에 대한 미세먼지의 정화 처리를 볼텍스 튜브나 사이클론 등의 장치를 통해 실시하여 배기가스에 의한 환경오염이 방지될 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 1차 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 동력을 발생시키는 장치인 엔진에 이용될 수 있는 1차 에너지의 종류는 화학, 전기, 수력 등으로 다양하나 대부분의 엔진은 휘발유나 경유 등 화학 연료의 연소에 의한 열 에너지를 이용하도록 구성되어 있다.
따라서, 공장이나 자동차, 선박 등에 설치된 엔진에서 화학 연료의 연소에 의해 발생하는 배기가스의 배출이 환경보호 이슈와 관련하여 오래전부터 문제가 되어 왔으며, 이 때문에 배기가스의 매연 저감을 위한 각종 장치의 개발과 배기가스의 배출 규제를 위한 관련 법안의 제정 등 환경보호를 위한 많은 노력이 계속되고 있다.
즉, 화학 연료가 연소할 때에는 매연, 분진, 질소산화물, 염화수소 등과 같은 매연물질과 미세먼지가 발생하여 인체와 환경에 악영향을 주기 때문에 엔진에서 발생하는 배기가스의 정화 처리를 위한 장치가 반드시 필요하며, 이와 관련해서는 대한민국 등록특허공보 제10-1110015호의 “선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템”과 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 제안되어 있다.
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 제안되어 있다.
그러나 상기한 선행발명들과 같이 배기가스의 정화 처리를 위한 목적으로 SCR 방식을 이용하는 경우에는 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제와 설비에 상당한 공간을 필요로 하게 되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 내부에 흡수제가 구비된 흡수탑을 이용하는 경우에는 배기가스와 흡수제의 반응이 느리게 발생하게 되기 때문에 정화 처리 과정에 상당한 시간이 소요되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 상기한 선행발명들이 가진 문제점을 해결하거나 상기한 선행발명들을 대신하여 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제를 해결할 수 있고, 신속하고 효율적으로 배기가스를 정화 처리할 수 있는 개선된 형태나 새로운 형태의 발명이 요구되는 실정이다.
본 발명에 의한 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템은 상기한 선행 발명들을 대체하기 위한 목적으로 제안된 발명으로써,
배기가스의 정화 처리를 위해 SCR 방식을 이용하는 경우에는 초기 설치비용과 유지비용이 높게 형성되는 문제와 설비에 상당한 공간을 필요로 하게 되는 문제가 발생하게 되고,
내부에 흡수제가 구비된 흡수탑을 이용하는 경우에는 배기가스와 흡수제의 반응이 느리게 발생하여 정화 처리에 상당한 시간이 소요되는 문제가 발생하게 되기 때문에, 이에 대한 해결 방안을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 실현하고자,
엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기; 상기 압축기로부터 이송되어 내부로 유입된 배기가스에 포함된 미세먼지를 분리하는 메인 미세먼지 분리장치; 및, 상기 메인 미세먼지 분리장치로부터 배출되는 배기가스에 포함된 잔류 미세먼지를 포집하여, 오염도가 저감된 상태인 배기가스를 배출하는 미세먼지 포집 챔버; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은 상기 압축기의 이송관에 연결되는 유입구가 구비되고, 상기 메인 미세먼지 분리장치와 연결되는 상시 개방형의 배출구와 밸브로 개폐되는 다수의 보조 배출구가 구비되어 유입구로 유입된 배기가스를 배출구를 통해 배출하거나 배출구와 보조 배출구를 통해 다수의 방향으로 분배하여 배출하는 분배기; 상기 분배기의 보조 배출구에 유입구가 연결되고, 상기 미세먼지 포집 챔버에 배출구가 연결되는 형태로 설치된 상태에서 내부로 유입된 배기가스에 포함된 미세먼지를 분리하는 다수의 서브 미세먼지 분리장치; 및, 엔진의 분당회전수(RPM)에 따라 보조 배출구의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어부; 의 구성을 추가로 제시한다.
이때, 상기 메인 미세먼지 분리장치와 상기 서브 미세먼지 분리장치는 볼텍스 튜브 또는 사이클론으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템은,
엔진에서 배출되는 배기가스의 정화 처리에 비용이 경제적인 볼텍스 튜브나 사이클론을 이용하도록 구성되고, 배기가스의 배출량에 따라 추가로 하나 이상의 볼텍스 튜브나 사이클론을 더 이용할 수 있도록 구성되기 때문에 상기한 선행발명들에서 제안하고 있는 장치들에 비해 초기 설치비용과 유지비용을 대폭 절감할 수 있는 효과와 더 신속하고 효율적으로 배기가스에 포함된 미세먼지를 정화 처리할 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명에 의한 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템의 기본 구성도.
도 2a는 본 발명을 구성하는 메인 미세먼지 분리장치와 서브 미세먼지 분리장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 2b는 본 발명을 구성하는 메인 미세먼지 분리장치의 다른 실시예에 따른 구성을 나타낸 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명을 구성하는 미세먼지 포집 챔버의 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 기본 구성에 열교환부가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 기본 구성에 분배기와 서브 미세먼지 분리장치가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명의 기본 구성에 서지 탱크, 분배기 그리고 서브 미세먼지 분리장치가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 7은 본 발명의 기본 구성에 응축기, 서지 탱크, 분배기 그리고 서브 미세먼지 분리장치가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 8a 및 도 8b는 서지 탱크와 미세먼지 포집 챔버를 연결하는 바이패스 라인이 추가 설치된 상태를 나타낸 예시도.
도 2a는 본 발명을 구성하는 메인 미세먼지 분리장치와 서브 미세먼지 분리장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 2b는 본 발명을 구성하는 메인 미세먼지 분리장치의 다른 실시예에 따른 구성을 나타낸 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명을 구성하는 미세먼지 포집 챔버의 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 기본 구성에 열교환부가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 기본 구성에 분배기와 서브 미세먼지 분리장치가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명의 기본 구성에 서지 탱크, 분배기 그리고 서브 미세먼지 분리장치가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 7은 본 발명의 기본 구성에 응축기, 서지 탱크, 분배기 그리고 서브 미세먼지 분리장치가 추가로 설치된 상태를 나타낸 구성도.
도 8a 및 도 8b는 서지 탱크와 미세먼지 포집 챔버를 연결하는 바이패스 라인이 추가 설치된 상태를 나타낸 예시도.
본 발명은 배기가스에 포함된 미세먼지를 저감시키는 시스템에 관한 것으로써,
엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기(100); 상기 압축기(100)로부터 이송되어 내부로 유입된 배기가스에 포함된 미세먼지를 분리하는 메인 미세먼지 분리장치(110); 및, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 잔류 미세먼지를 포집하여, 오염도가 저감된 상태인 배기가스를 배출하는 미세먼지 포집 챔버(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.
우선, 도 1의 압축기(100)는 기체를 압축하여 고압의 기체로 송출하는 장치이며, 본 발명에서는 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키도록 구성된다.
즉, 상기 압축기(100)는 산업용 엔진이나 선박의 엔진 등 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 선순위로 처리하는 형태로 구성될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 한두 단계를 거쳐 전처리된 상태인 배기가스를 압축하여 고속으로 이송시키도록 구성될 수도 있다.
또한, 도 1의 메인 미세먼지 분리장치(110)는 상기 압축기(100)로부터 이송되어 내부로 유입된 배기가스의 에 포함된 미세먼지를 분리하는 장치이며, 고압으로 이송된 기체를 온도 또는 질량에 따라 분리 배출하는 볼텍스 튜브로 구성될 수 있다.
즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)는 유입용의 유입관(111)이 일측에 구비되고, 배출용의 제1 배출관(112)과 제2 배출관(113)이 서로 동일하거나 반대되는 방향으로 구비되는 대향류형 볼텍스 튜브의 형태로 구성될 수 있으며, 유입관(111)으로 기체가 유입될 때 내부에서 발생하는 소용돌이(vortex)에 의한 기체의 분리 과정을 통해 온도 또는 질량에 따른 분리를 실현할 수 있다.(기체의 분리를 위한 볼텍스 튜브의 내부 구조는 이미 공지된 것인 바 설명을 생략하기로 한다.)
이때, 상기 제1 배출관(112)을 통해서는 고온 또는 저질량의 배기가스가 배출되고, 상기 제2 배출관(113)을 통해서는 저온 또는 고질량의 배기가스가 배출되도록 구성되며, 분리 배출된 서로 다른 성질의 기체는 오염도에 따라 대기로 그대로 배출되거나 정화 처리된 후 대기로 배출될 수 있다.
또한, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)는 도 2b에 도시된 바와 같은 단류형 볼텍스 튜브의 형태로도 구성될 수 있으며, 단일의 배출관을 통해 온도 또는 질량에 따른 분리를 실현할 수 있으나 이 경우에도 분리된 기체가 배출되는 배출구는 서로 다르게 형성된다.
이에 더하여, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)는 선회류에 의해 발생하는 원심력을 이용하여 기체를 질량에 따라 분리하는 사이클론으로도 구성될 수 있으며, 이 경우에는 유입구를 통해 내부로 유입된 배기가스가 원뿔형인 사이클론 몸체를 따라 선회 하강할 때 원심력에 의해 내벽에 미세먼지가 침착된 후 중력이나 그 내벽측의 배기가스의 하강 흐름에 의해 낙하하여 퇴적되되 배기가스는 사이클론 몸체의 하부에서 반전상승하여 상부의 배출구를 통해 외부로 배출되는 원리로 질량에 따른 분리를 실현할 수 있다.
또한, 도 1의 미세먼지 포집 챔버(120)는 기체에 포함된 미세먼지를 포집하는 장치이며, 본 발명에서는 볼텍스 튜브인 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되는 고온의 배기가스에 포함된 잔류 미세먼지를 포집하여 오염도가 저감된 상태인 배기가스를 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.
이는, 볼텍스 튜브인 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)의 내부에서 고온으로 분류된 배기가스와 저온으로 분류된 배기가스 중 고온의 배기가스에 입자상 물질과 미세먼지 등 환경오염을 유발하는 오염물질이 대부분 포함되기 때문이다.
또한, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)는 사이클론인 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 잔류 미세먼지를 포집하여 오염도가 저감된 상태인 배기가스를 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)는 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되는 배기가스를 수용하여 정화 처리하고 외부로 배출시킴으로써 결과적으로 입자상 물질이나 미세먼지 등에 의한 환경오염이 방지될 수 있도록 한다.
보다 구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)는 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되는 고온의 배기가스나 미세먼지가 1차로 저감 처리 된 배기가스가 유입되는 하나 이상의 가스 유입구(121)가 내벽에 형성되고, 미세먼지가 저감 처리된 배기가스가 배출되는 가스 배출구(122)가 상부의 일측에 형성되며, 가스 유입구(121)를 통해 유입된 고온의 배기가스를 가스 배출구(122) 측으로 유도하는 여러 층의 경사로를 형성하는 다수의 경사판(123)이 상부 측에 설치되는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 다수의 경사판(123)은 서로 엇갈리는 형태로 설치되어야 하며, 각각의 하단에는 다수의 곡선형 돌기가 균일한 간격으로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 미세먼지 포집 챔버(120) 내부의 상층에서는 여러 층의 경사로를 따라 방향을 전환하며 상승하게 되는 배기가스의 정체가 발생하게 되므로 유입량과 배출량의 불균형으로 인한 입자상 물질과 미세먼지의 고밀도화가 진행될 수 있으며, 그 결과로 결집된 입자상 물질과 미세먼지의 하강으로 인한 하부에서의 적층이 발생할 수 있다.
그리고 이 과정에서 다수의 경사판(123) 각각의 하단에 형성된 다수의 곡선형 돌기는 배기가스의 정체 현상을 가중하게 됨과 동시에 입자상 물질의 결집을 가속화할 수 있게 된다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)의 내부에는 하나 이상의 분사 노즐(124A)이 상부 측에 설치될 수 있으며, 그 상부측 분사 노즐(124A)로부터 분사 또는 분무되는 응축수는 배기가스에 포함된 상태로 고밀도화된 미세먼지에 흡착됨으로써 배기가스로부터의 분리를 유발할 수 있다.
추가로, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 미세먼지 포집 챔버(120)의 내부에는 하나 이상의 분사 노즐(124B)이 가스 유입구(121)보다 낮은 높이에 설치될 수 있으며, 그 하부측 분사 노즐(124B)로부터 분사 또는 분무되는 응축수는 미세먼지 포집 챔버(120)의 하부에 적층된 입자상 물질 등의 결집을 유발하여 이후의 과정에서의 처리가 용이해질 수 있도록 한다.
즉, 본 발명은 상기 미세먼지 포집 챔버(120)의 내부로 응축수가 공급되는 형태로 구성될 수 있으며, 이에 관해서는 아래에서 설명하기로 한다.
아울러, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)의 가스 배출구(122) 측에는 입자상 물질과 미세먼지의 필터링에 효과적인 하나 이상의 미립자 필터로 구성되는 필터부(125)가 설치됨으로써 한번 더 정화 처리된 배기가스가 대기 중에 배출되도록 할 수 있다.
또한, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)는 선회류에 의해 발생하는 원심력을 이용하여 기체를 질량에 따라 분리하는 사이클론으로도 구성될 수 있다.
또한, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)는 디젤 입자성 물질 저감 필터(DPF)로 구성됨으로써 메인 미세먼지 분리장치(110)에서 1차로 미세먼지가 분리된 상태인 배기가스의 잔류 미세먼지가 2차로 분리된 후 대기로 배출되도록 할 수 있다.
그리고 이 경우에 있어서는 도 4에 도시된 바와 같이, 엔진에서 배출되어 압축기(100)로 공급되는 배기가스와 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되어 미세먼지 포집 챔버(120)로 공급되는 배기가스가 서로 열교환되도록 하여 디젤 입자성 물질 저감 필터(DPF)인 미세먼지 포집 챔버(120)의 재생 효율이 향상되도록 하는 하는 열교환부(130)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 엔진에서 배출되어 압축기(100), 열교환부(130) 그리고 메인 미세먼지 분리장치(110)를 순차적으로 통과하며 온도가 저감된 상태인 배기가스는 다시 열교환부(130)로 진입하여 엔진에서 막 배출된 배기가스와 열교환함으로써 온도가 상승하게 되며, 이로 인해 디젤 입자성 물질 저감 필터(DPF)인 미세먼지 포집 챔버(120)의 재생 효율이 좋아지는 효과가 발생하게 된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 압축기(100)의 이송관에 연결되는 유입구(141)가 구비되고, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)와 연결되는 상시 개방형의 배출구(142)와 밸브로 개폐되는 다수의 보조 배출구(143)가 구비되어 유입구(141)로 유입된 배기가스를 배출구(142)를 통해 배출하거나 배출구(142)와 보조 배출구(143)를 통해 다수의 방향으로 분배하여 배출하는 분배기(140)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 분배기(140)의 보조 배출구(143)에 유입구가 연결되고, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)에 배출구가 연결되는 형태로 설치된 상태에서 그 유입구로 유입된 배기가스를 분리하여 배출하는 다수의 서브 미세먼지 분리장치(150)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 서브 미세먼지 분리장치(150)도 볼텍스 튜브나 사이클론으로 구성될 수 있으며, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)와 동일한 원리로 배기가스를 분리 배출할 수 있다.
그리고 상기 분배기(140)의 유입구(141)로 유입되는 배기가스의 양이나 엔진의 분당회전수(RPM)에 따라 보조 배출구(143)의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어부를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 이와 연계하여 분배기(140)에는 밸브의 자동 개폐를 위한 목적으로 액츄에이터나 모터 등의 장치가 설치될 수 있다.
즉, 상기 분배기(140)는 엔진에서 배출되는 배기가스를 양적으로 분리하는 장치이며, 내부로 유입된 배기가스를 분산하여 배출하기 위한 단일의 배출구(142)와 다수의 보조 배출구(143)를 포함하는 형태로 구성됨으로써 엔진에서 배출되는 배기가스의 유량에 물리적으로 대응하여 그 배기가스에 포함된 미세먼지를 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 발생할 수 있도록 한다.
이때, 상기 밸브 제어부는 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 소량이거나 엔진의 분당회전수가 기설정된 제1 설정값 이하일 때에는 분배기(140)의 배출구(142)가 단독으로 개방되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태가 유지되도록 하여 모든 배기가스가 그 배출구(142)에 연결된 상태인 메인 미세먼지 분리장치(110)로 유입될 수 있도록 한다.
그러나 상기 밸브 제어부는 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 다량이거나 엔진의 분당회전수가 기설정된 제1 설정값과 제2 설정값 사이값일 때에는 분배기(140)의 배출구(142)와 일부의 보조 배출구(143)가 개방되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태가 유지되도록 하여 메인 미세먼지 분리장치(110)와 다수의 서브 미세먼지 분리장치(150) 중 일부에 배기가스가 유입될 수 있도록 한다.
그리고 상기 밸브 제어부는 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 과량이거나 엔진의 분당회전수가 기설정된 최대값인 제2 설정값 이상일 때에는 분배기(140)의 배출구(142)와 모든 보조 배출구(143)가 개방되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태가 유지되도록 하여 메인 미세먼지 분리장치(110)와 모든 서브 미세먼지 분리장치(150)에 배기가스가 유입될 수 있도록 한다.
이때, 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 양은 상기 분배기(140)의 유입구 (141)측에 설치되는 연기 센서에서 감지될 수 있고, 엔진의 분당회전수는 엔진에 설치되는 측정기를 통해 측정될 수 있으며, 배기가스의 소량, 다량 그리고 과량의 판단 기준과 제1 설정값과 제2 설정값에 해당하는 엔진의 분당회전수는 임의로 설정될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 엔진에서 배출되는 다량 또는 과량의 배기가스가 분배기(140)에 의해 분배되어 메인 미세먼지 분리장치(110)와 하나 이상의 서브 미세먼지 분리장치(150)에서 전처리될 수 있도록 함으로써 배기가스에 대한 미세먼지 포집 챔버(120)의 정화 처리 효율이 항상 높은 수준으로 유지될 수 있도록 하고 있다.
한편, 상기 실시예에서는 배기가스의 배출을 위한 분배기(140)의 개방 상태를 임의로 세 단계로 나누어 설명하였으나, 분배기(140)에 구비된 보조 배출구(143)의 개수에 따라 보조 배출구(143)의 개방 방식은 더 세분화될 수 있으며, 그에 따른 여러 설정값이 더 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 분배기(140)는 보조 배출구(143)의 수가 다르게 구성된 여러 종류로 구성될 수 있고, 그 중 어느 하나가 엔진의 종류와 최대 출력에 맞게 선택되어 사용될 수 있다.
또한, 엔진에서 배출되는 배기가스가 다량이나 과량인 상태에서 보조 배출구(143)가 개방되는 수가 달라질 수 있고, 동일한 수의 보조 배출구(143)가 개방된 상태에서도 밸브가 개방된 정도가 달라짐으로써 보조 배출구(143)를 통해 흐르는 유량이 다르게 형성될 수 있다.
그리고 개방되는 밸브의 수가 증가할수록 상기 분배기(140)에서의 분리효율이 저하되는 문제를 방지하기 위하여 엔진의 분당회전수나 개방되는 분배기(140)의 밸브의 개수가 증가할 때에는 압축기(100)에서의 압축의 강도가 증가하도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 분배기(140)는 밸브로 개폐되고 미세먼지 포집 챔버(120)로 연결되는 연결관을 더 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 상기 밸브 제어부는 엔진에서 배출되는 배기가스가 과량일 때 분배기(140) 내부 압력의 유지를 위한 목적으로 밸브를 제어하여 연결관이 개방되도록 할 수 있다.
그리고 상기 분배기(140)에 구비되는 모든 밸브는 배기가스의 역류 방지와 밸브 제어부에 의한 자동 제어를 목적으로 하여 역류 방지 기능이 적용된 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있으며, 분배기(140) 내부의 압력 유지를 위한 목적으로 압력 레귤레이터와 함께 설치될 수 있다.
한편, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)와 하나 이상의 서브 미세먼지 분리장치(150)에도 분배기(140)로부터 공급되는 배기가스의 양이나 압력에 따라 상기 밸브 제어부에 의해 자동으로 제어되는 조절 밸브가 구비될 수 있으며, 이와 연계하여 조절 밸브의 열림량을 제어하기 위한 수단으로 액츄에이터나 모터 등의 장치가 설치될 수 있다.
따라서, 조절 밸브의 열림량에 따라 메인 미세먼지 분리장치(110)의 제1 배출관(112)과 제2 배출관(113)을 통해 각각 배출되는 저온의 배기가스량과 고온의 배기가스량이 제어될 수 있고, 상기 서브 미세먼지 분리장치(150)의 제1 배출관(142)과 제2 배출관(143)을 통해 각각 배출되는 저온의 배기가스량과 고온의 배기가스량이 제어될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 분배기(140)가 설치되는 경우에 있어, 엔진에서 배출되는 배기가스의 맥동을 잡아주는 용도로 엔진과 압축기(100)의 사이에 설치되고, 밸브로 개폐되는 공급관을 이용하여 미세먼지 포집 챔버(120)와도 연결되는 서지 탱크(160)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 서지 탱크(160)는 일정 크기의 공동부가 내부에 형성되는 장치이며, 배기가스의 맥동을 잡아줌으로써 엔진의 급격한 가동이나 중단, 밸브의 급격한 개폐 등으로 인한 관로나 밸브의 손상을 방지한다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 서지 탱크(160)의 내부 압력에 따라 공급관의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어기를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 밸브 제어기는 서지 탱크(160)의 내부 압력이 기설정된 최소 설정값 이하일 때는 공급관이 폐쇄된 상태를 그대로 유지하나 최소 설정값 이상의 내부 압력이 측정될 때에는 밸브를 제어하여 공급관이 개방되게 할 수 있다.
따라서, 상기 서지 탱크(160)의 내부에는 압력 측정을 위한 압력 센서가 설치되어야 하며, 공급관이 개방됨에 따라 서지 탱크(160)의 내부로 유입된 배기가스의 일부가 미세먼지 포집 챔버(120)로 즉시 공급될 수 있다.
이때, 상기 밸브 제어기에 의한 밸브의 개방은 일시적인 것이며, 압력 센서에서 측정되는 압력의 크기 변화에 따라 밸브의 개방이 발생하는 시간이 다르게 형성될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 분배기(140)가 설치되는 경우에 있어, 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 저감하여 수분을 응축 제거하는 용도로 엔진과 압축기(100)의 사이에 설치되고, 밸브로 개폐되는 응축수 공급관을 이용하여 미세먼지 포집 챔버(120)와도 연결되는 응축기(170)를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 응축기(170)가 설치되는 경우에 있어, 수분이 제거된 배기가스의 맥동을 잡아주는 용도로 응축기(170)와 압축기(100)의 사이에 설치되고, 밸브로 개폐되는 공급관을 이용하여 미세먼지 포집 챔버(120)와도 연결되는 서지 탱크(160) 및, 서지 탱크(160)의 내부 압력에 따라 공급관의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어기를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 응축기(170)는 엔진에서 배출되는 배기가스를 응축시키는 장치이며, 배기가스에 함유된 수분의 전부 또는 상당량을 응축에 의하여 제거하고, 그 응축 과정에 의하여 생성된 응축수를 포집하여 외부로 배출할 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 응축기(170)가 수분을 제거하는 방식으로는 열교환기를 통한 열교환 방식으로 냉매를 냉각시키는 응축 방식이 이용될 수 있으며, 이로 인해 배기가스의 수분 함량에 따라 상기 압축기(100)에서의 압축 효율이 저하되는 문제가 해결되어 볼텍스 튜브(110)와 서브 미세먼지 분리장치(150)로 진입하는 배기가스의 유속이 고속으로 형성될 수 있는 효과가 발생하게 된다.
즉, 엔진에서 배출되는 배기가스에 다량의 수분이 함유되어 있는 경우에는 압축기(100)에서의 압축 효율이 저하됨에 따라 볼텍스 튜브(110)와 서브 미세먼지 분리장치(150)로 진입하는 배기가스의 유속이 저하되는 문제가 발생하게 되는데 응축기(170)가 구비되는 경우에는 상기와 같은 문제의 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 배기가스의 수분 함량에 따른 문제를 해결하기 위한 목적으로 엔진, 응축기(170), 서지 탱크(160) 그리고 압축기(100)가 순차로 설치되는 형태로 구성될 수 있으며, 응축기(170)가 추가됨에 따라 밸브 제어기의 제어 대상이 서지 탱크(160)뿐만 아니라 응축기(170)로도 확장될 수 있다.
즉, 상기 밸브 제어기는 서지 탱크(160)의 내부 압력이 기설정된 최소 설정값 이하일 때는 공급관이 폐쇄된 상태를 그대로 유지하나 최소 설정값 이상의 내부 압력이 측정될 때에는 밸브를 제어하여 공급관이 개방되게 할 수 있다.
따라서, 상기 서지 탱크(160)의 내부에는 압력 측정을 위한 압력 센서가 설치되어야 하며, 공급관이 개방됨에 따라 서지 탱크(160)의 내부로 유입된 배기가스의 일부가 미세먼지 포집 챔버(120)로 즉시 공급될 수 있다.
이때, 상기 밸브 제어기에 의한 밸브의 개방은 일시적인 것이며, 압력 센서에서 측정되는 압력의 크기 변화에 따라 밸브의 개방이 발생하는 시간이 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 밸브 제어기는 엔진의 구동이 정지하고 일정한 시간이 경과하거나 엔진 구동 후 일정한 시간이 경과할 때마다 밸브를 제어하여 공급관을 개방하는 대신 응축수 공급관을 개방되도록 할 수 있으며, 응축기(170)에 포집된 응축수는 개방된 응축수 공급관을 통해 미세먼지 포집 챔버(120)로 이송된 후 분사 노즐(124A, 124B)을 통해 그 내부로 분사되거나 분무될 수 있다.
또한, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 서지 탱크와 상기 미세먼지 포집 챔버를 연결하는 바이패스 라인(180)을 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 바이패스 라인(180)에는 유동되는 기체의 유량을 조절하기 위한 목적으로 조절 밸브가 구비될 수 있으며, 상기 조절 밸브는 서지 탱크 내부의 배압이 기설정된 기준값 이상인 경우에 있어 액츄에이터나 모터 등의 장치에 의해 자동으로 개방될 수 있다.
따라서, 엔진에서 배출되는 배기가스의 과도한 배압 상승이 제한될 수 있으며, 그에 따른 효과로 엔진의 출력, 연비의 저하가 방지될 수 있고, 배기가스의 특성 악화가 방지될 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 서지 탱크(160) 내부의 배압을 측정하는 압력 센서부와 상기 압축기(100)의 압축 압력을 제어하는 제어기를 더 포함하는 형태로 구성될 수 있으며, 상기 제어기는 엔진의 분당 회전수(rpm)와 부하량에 따라 변화되는 배기유량에 대응하기 위해 상기 압축기(100)를 제어하여 압축 압력을 변화시키고, 동시에 서지 탱크(160) 내부에 구비된 압력 센서부의 압력 신호를 기반으로 하여 서지 탱크(160)의 내부 압력이 설정 압력 범위에서 유지될 수 있도록 압축기(100)를 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어기는 엔진에서 배출되는 배기가스의 유량에 따라 압축기(100)의 공급 압력을 능동적으로 제어함으로써 배압이 설정 범위 내에서 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
따라서, 이 경우에 있어서도 배기가스의 과도한 배압 상승이 제한될 수 있으며, 그에 따른 효과로 엔진의 출력, 연비의 저하가 방지될 수 있고, 배기가스의 특성 악화가 방지될 수 있게 된다.
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 : 압축기
110 : 메인 미세먼지 분리장치
120 : 미세먼지 포집 챔버
130 : 열교환부
140 : 분배기
→ 141 : 유입구
→ 142 : 배출구
→ 143 : 보조 배출구
150 : 서브 미세먼지 분리장치
160 : 서지 탱크
170 : 응축기
180 : 바이패스 라인
110 : 메인 미세먼지 분리장치
120 : 미세먼지 포집 챔버
130 : 열교환부
140 : 분배기
→ 141 : 유입구
→ 142 : 배출구
→ 143 : 보조 배출구
150 : 서브 미세먼지 분리장치
160 : 서지 탱크
170 : 응축기
180 : 바이패스 라인
Claims (11)
- 엔진에서 배출되는 배기가스를 압축하여 이송관을 통해 고속으로 이송시키는 압축기(100);
상기 압축기(100)로부터 이송되어 내부로 유입된 배기가스에 포함된 미세먼지를 분리하는 메인 미세먼지 분리장치(110);
상기 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되는 배기가스에 포함된 잔류 미세먼지를 포집하여, 오염도가 저감된 상태인 배기가스를 배출하는 미세먼지 포집 챔버(120);
상기 압축기(100)의 이송관에 연결되는 유입구(141)가 구비되고, 상기 메인 미세먼지 분리장치(110)와 연결되는 상시 개방형의 배출구(142)와 밸브로 개폐되는 다수의 보조 배출구(143)가 구비되어 유입구(141)로 유입된 배기가스를 배출구(142)를 통해 배출하거나 배출구(142)와 보조 배출구(143)를 통해 다수의 방향으로 분배하여 배출하는 분배기(140);
상기 분배기(140)의 보조 배출구(143)에 유입구가 연결되고, 상기 미세먼지 포집 챔버(120)에 배출구가 연결되는 형태로 설치된 상태에서 내부로 유입된 배기가스에 포함된 미세먼지를 분리하는 다수의 서브 미세먼지 분리장치(150); 및,
엔진의 분당회전수(RPM)에 따라 보조 배출구(143)의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어부(미도시); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 메인 미세먼지 분리장치(110) 또는 상기 서브 미세먼지 분리장치(150)는,
볼텍스 튜브 또는 사이클론으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 미세먼지 포집 챔버(120)는,
사이클론으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 미세먼지 포집 챔버(120)는,
디젤 입자성 물질 저감 필터(DPF)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제5항에 있어서,
엔진에서 배출되어 압축기(100)로 공급되는 배기가스와 메인 미세먼지 분리장치(110)로부터 배출되어 미세먼지 포집 챔버(120)로 공급되는 배기가스가 서로 열교환되도록 하여 디젤 입자성 물질 저감 필터(DPF)인 미세먼지 포집 챔버(120)의 재생효율이 향상되도록 하는 열교환부(130); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 밸브 제어부(미도시)는,
엔진의 분당회전수가 기설정된 제1 설정값 이하인 상태에서는 분배기(140)의 배출구(142)가 단독으로 개방되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태를 유지하고,
엔진의 분당회전수가 기설정된 제1 설정값과 기설정된 최대값인 제2 설정값 사이인 상태에서는 분배기(140)의 배출구(142)와 일부의 보조 배출구(143)가 개방되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태를 유지하며,
엔진의 분당회전수가 기설정된 최대값인 제2 설정값 이상인 상태에서는 분배기(140)의 배출구(142)와 모든 보조 배출구(143)가 개방되도록 밸브를 제어하거나 현재 상태를 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제1항에 있어서,
엔진에서 배출되는 배기가스의 맥동을 잡아주는 용도로 엔진과 압축기(100)의 사이에 설치되고, 밸브로 개폐되는 공급관을 이용하여 미세먼지 포집 챔버(120)와도 연결되는 서지 탱크(160); 및,
상기 서지 탱크(160)의 내부 압력에 따라 공급관의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어기(미도시); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제1항에 있어서,
엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 저감하여 수분을 응축 제거하는 용도로 엔진과 압축기(100)의 사이에 설치되고, 밸브로 개폐되는 응축수 공급관을 이용하여 미세먼지 포집 챔버(120)와도 연결되는 응축기(170);
수분이 제거된 배기가스의 맥동을 잡아주는 용도로 응축기(170)와 압축기(100)의 사이에 설치되고, 밸브로 개폐되는 공급관을 이용하여 미세먼지 포집 챔버(120)와도 연결되는 서지 탱크(160); 및,
상기 서지 탱크(160)의 내부 압력에 따라 공급관의 밸브를 자동으로 개폐하는 밸브 제어기(미도시); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,
기체의 유량을 조절하기 위한 조절 밸브를 구비하는 상태로 상기 서지 탱크(160)와 상기 미세먼지 포집 챔버(120)를 연결하는 바이패스 라인(180)을 더 포함하는 형태로 구성되고,
상기 조절 밸브는,
상기 서지 탱크(160) 내부의 배압이 기설정된 기준값 이상일 때 자동으로 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 서지 탱크(160) 내부의 배압을 측정하는 압력 센서(미도시); 및,
상기 압축기(100)의 압축 압력을 제어하는 제어기(미도시); 를 더 포함하는 형태로 구성되고,
상기 제어기는,
엔진의 분당 회전수(rpm)와 부하량에 따라 변화되는 배기유량에 대응하기 위해 상기 압축기(100)를 제어하여 압축 압력을 변화시키고, 동시에 상기 서지 탱크(160) 내부에 구비된 압력 센서의 압력 신호를 기반으로 하여 서지 탱크(160)의 내부 압력이 설정 압력 범위에서 유지될 수 있도록 압축기(100)를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020230023522A KR102517656B1 (ko) | 2023-02-22 | 2023-02-22 | 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102517656B1 true KR102517656B1 (ko) | 2023-04-03 |
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ID=85936710
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| KR1020230023522A KR102517656B1 (ko) | 2023-02-22 | 2023-02-22 | 배기가스 유량 대응형 미세먼지 저감 시스템 |
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| KR (1) | KR102517656B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101110015B1 (ko) | 2011-09-02 | 2012-04-18 | 이엔에프씨 주식회사 | 선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템 |
| KR20170032507A (ko) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 현대중공업 주식회사 | 멀티콘 배기시스템 |
| KR20190084797A (ko) | 2018-01-09 | 2019-07-17 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 배기가스 처리장치 |
| KR102293043B1 (ko) * | 2021-03-23 | 2021-08-26 | 한국해양과학기술원 | 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 매연 및 온실가스 저감 시스템 |
| KR102300742B1 (ko) * | 2021-03-12 | 2021-09-10 | 충남대학교산학협력단 | 유해물질 분리 저감 시스템 |
-
2023
- 2023-02-22 KR KR1020230023522A patent/KR102517656B1/ko active IP Right Grant
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