KR20130087566A - 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 싸이클론의 소형화와, 높은 PM 포집율 및 저연비를 도모할 수 있는 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치의 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치는, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배출 가스 중에 포함되는 입상 물질을 대전시키는 방전 전극 및 대전된 상기 입상 물질을 포집하는 집진 전극을 구성하는 관형 포집부를 갖고, 관형 포집부로부터 박리된 입상 물질을 분별하여 포집하는 싸이클론 방식의 분별 포집 수단을 구비하는 것으로서, 관형 포집부의 하류측의 내면 부근에 설치한 입상 물질의 고농도 배출 가스 도출부에 하나 내지 복수의 접선식 싸이클론으로 구성한 싸이클론 포집 수단을 구비하고, 고농도 배출 가스 도출부로부터 배출되는 고농도 배출 가스류를 상기 배출 가스의 유량에 따라서 선택적으로 상기 접선식 싸이클론에 도입하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진 배출 가스 처리 장치{EXHAUST GAS TREATMENT EQUIPMENT FOR DIESEL ENGINE}
본 발명은, 디젤 엔진의 배기 가스에 포함되는 카본을 주체로 하는 입상 물질(Particulate Matter: 이하 「PM」라고 함)이나 유해 가스를 제거하고, 정화하는 선박용, 발전용, 산업용 등의 특히 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 대배기량 디젤 엔진의 배기 가스 처리 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 높은 온도의 배기 가스를 배출하는 대배기량 디젤 엔진에 있어서의 코로나 방전을 이용한 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
각종 선박이나 발전기 및 대형 건설 기계, 나아가서는 각종 자동차 등의 동력원으로서 디젤 엔진이 광범위하게 채용되고 있지만, 이 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함되는 PM은, 주지되어 있는 바와 같이 대기 오염을 초래할 뿐만 아니라, 인체에 매우 유해한 물질이기 때문에, 그 배기 가스의 정화는 매우 중요하다. 이 때문에, 디젤 엔진의 연소 방식 개선이나 각종 배기 가스 필터의 채용, 그리고 코로나 방전을 이용하여 전기적으로 처리하는 방법 등, 이미 수많은 제안이 이루어져 있고, 그 일부는 실용에 사용되고 있다.
여기서, 디젤 엔진의 배기 가스 중의 PM(입상 물질) 성분은, 유기 용제 가용분(SOF: Soluble Organic Fractions, 이하 「SOF」라고 함)과 유기 용제 비가용분(ISF: Insoluble Organic Fractions, 이하 「ISF」라고 함)의 2개로 나누어지는데, 그 중 SOF분은, 연료나 윤활유의 미연분(未燃分)이 주된 성분으로, 발암 작용이 있는 다환 방향족 등의 유해 물질이 포함된다. 한편, ISF분은, 전기 저항율이 낮은 카본(검댕)과 설페이트(Sulfate: 황산염) 성분을 주성분으로 하는 것으로, 이 SOF분 및 ISF분은, 인체, 환경에 주는 그 영향 때문에, 최대한 적은 배기 가스가 요망되고 있다. 특히, 생체에 있어서의 PM의 악영향 정도는, 그 입자 직경이 ㎚ 사이즈가 되는 경우에 특히 문제라고도 여겨지고 있다.
코로나 방전을 이용하여 전기적으로 처리하는 방법으로서는, 예컨대 이하에 기재하는 방법 및 장치(특허문헌 1∼5)가 제안되어 있다.
즉, 특허문헌 1에는, 도 12에 그 개략을 나타낸 바와 같이, 배기 가스 통로(21)에 코로나 방전부(22-1)와 대전부(22-2)로 이루어지는 방전 대전부(22)를 연통 설치하여, 코로나 방전된 전자(29)를 배기 가스(G1) 중의 카본을 주체로 하는 PM(28)에 대전시키고, 동(同) 배기 가스 통로(21)에 배치한 포집판(23)으로 상기 대전한 PM(28)를 포집하는 방식이며, 방전 대전부(22)에 있어서의 전극침(24)은 배기 가스류의 유동 방향 길이가 짧고, 또한 포집판(23)은 배기 가스류의 유동 방향에 대하여 직각 방향으로 배치된 구성으로 이루어진 디젤 엔진의 배기 가스용 전기식 처리 방법 및 장치가 제안되어 있다. 도면에서, 도면부호 25는 시일 가스관, 도면부호 26은 고압 전원 장치, 도면부호 27은 배기 가스 유도관이다.
또한, 특허문헌 2에는, 도 13에 그 개략을 나타낸 바와 같이, 침 끝(31-1) 주위에 코로나 방전(35)을 일으켜 배기 가스 중의 PM(33)을 대전시키기 위한 니들 전극(31)과, 대전한 PM(33)을 포집하기 위한 포집 전극(32)과, 상기 니들 전극(31)과 상기 포집 전극(32) 사이에 소정의 직류 고전압을 인가하기 위한 고압 직류 전원(34)을 구비한 디젤 엔진의 배기 PM 포집 장치가 제안되어 있다. 도면에서, 도면부호 36은 편향 전극이다.
또한, 특허문헌 3에는, 도 14에 그 개략을 나타낸 바와 같이, 배기 경로 중에 설치한 PM 포집용의 수집 전극쌍 중의 한쪽을 구성하는 고정 원통체(41)와, 이 고정 원통체(41)의 중심부에 축방향으로 연장 설치되어 수집 전극쌍 중의 다른 쪽을 구성하는 전극봉(42)과, 상기 수집 전극쌍 사이에 정전계를 형성하여 배기 가스 중의 PM을 상기 고정 원통체(41)의 내면에 집적시키는 고전압 전원부(43)와, 상기 고정 원통체(41)의 내면을 따라서 상기 고정 원통체에 대하여 상대 회동하여 이 고정 원통체 내면에 퇴적된 PM을 긁어 떨어뜨리는 스크럽부(44)를 갖춘 배기 가스 정화 장치가 제안되어 있다. 도면에서 도면부호 45는 배기관, 도면부호 46은 회전 원통부이다.
한편, 특허문헌 4에는, 디젤 엔진의 배출 가스 중에 포함되는 PM을 대전시키는 방전 전극 및 대전된 PM을 포집하는 집진 전극을 갖는 전기 집진 수단과, 집진 전극에 포집되어 체류하는 PM을 상기 집진 전극으로부터 박리시키는 수단과, 집진 전극으로부터 박리된 PM을 분별하여 포집하는 싸이클론 방식의 분별 포집 수단을 구비한 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치가 제안되어 있다.
이 장치는, 도 15에 그 일례를 나타낸 바와 같이, 배출 가스를 가로 방향으로 유동시키면서 처리하도록 구성된 것으로, PM을 포집하기 위한 전기 집진부(51)와, 분별 포집부로서의 싸이클론(52)을 구비하고, 전기 집진부(51)는 통형 하우징(56)의 내주면에 부착된 통형 금속체(57)와 이 통형 금속체의 내주면에 형성한 요철부(58)에 의해 구성된 집진 전극(54)과, 이 집진 전극(54)의 축선을 따라서 연장되는 메인 전극(59)과, 이 메인 전극(59)의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배치된 방사상으로 돌출되는 전극침(60)의 군(群)에 의해 구성된 방전 전극(55)을 구비하며, 싸이클론(52)은 전기 집진부(51)를 통과한 가스류(53)의 흐름을 선회류로 변환하는 가이드 베인(61)보다 하류측의 부위에 구성되고, 이 싸이클론(52)의 하류에 이 싸이클론 내의 가스를 배출하기 위한 배기관(62)과, 원심 분리된 PM을 포집하는 호퍼(63)가 설치되어 있다. 도면부호 64는 집진 전극(54)에 포집되어 체류하는 PM을 그 집진 전극으로부터 박리시키는 박리 기구이며, 예컨대 편심에 의한 진동을 발생하는 편심 모터(65)로 구성되어 있다. 도면부호 66은 배기관(62) 내의 배출 가스를 호퍼(63)의 상부 공간으로 리턴시키기 위한 추기관(抽氣管)이다.
즉, 상기 구성의 배출 가스 정화 장치는, 전기 집진부(51)에 유입된 배출 가스 중의 PM은, 집진 전극(54)과 방전 전극(55) 사이에서의 방전에 의해서 대전되어 쿨롱력에 의해 집진 전극(54)에 포집되고, 포집된 PM은 가스류와 함께 가이드 베인(61)에 유입되며, 가이드 베인(61)보다 하류측의 부위에 구성되는 싸이클론(52)에 의해 PM이 원심 분리되고, 원심 분리된 PM은 호퍼(63) 내로 강하하여 포집되며, 한편, 정화된 배출 가스는 배기관(62)을 통해 외부로 방출되는 구조로 이루어진 것이다.
또한, 특허문헌 5에는, 자동차에 탑재한 디젤 엔진의 배기 가스 중의 포집 대상 성분을 코로나 방전에 의해 대전시켜 응집하는 대전 응집부와, 응집시킨 성분을 포집하는 필터부를 구비한 가스 처리 장치로서, 도 16, 도 17에 도시된 바와 같이 대전 응집부(70)를 상류측에, 필터부(80)를 하류측에 배치하여 구성하고, 대전 응집부(70)의 가스 통로벽을 통형체(71, 71a) 등으로 형성하며, 또한 가스 통로벽의 표면 근방에 배치된 도전성의 통형체(71f)로 저전압 전극의 집진 전극을 형성하고, 이들 통형체의 내부에 배치한 선형체의 고전압 전극으로 코로나 전극을 형성하며, 상기 가스 통로벽의 통형체를 자연 대류와 열방사에 의해 자연적으로 가스를 냉각하는 가스 냉각부로서 형성하고, 또한 상기 가스 통로벽의 통형체, 또는 상기 도전성 통형체의 내측 표면 근방을 흐르는 가스류에 대하여, 난류(亂流)를 촉진하는 난류 촉진 수단(71e)을, 상기 통형체의 표면 또는 표면 근방에 설치하여 구성하는 가스 처리 장치가 기재되어 있다. 도면에서, 도면부호 71c는 가스 입구실, 도면부호 71b는 코로나 전극, 도면부호 71d는 가스 출구실이다.
특허문헌 1: WO2006/064805B호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성09-112246호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 평성06-173637호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2006-136766호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 제4529013호
그러나, 상기한 종래의 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치에는 이하에 기재하는 결점이 있다.
즉, 상기 특허문헌 1에 기재된 디젤 엔진의 배기 가스용 전기식 처리 방법 및 장치는, 방전 대전부(22)에 있어서 전극침(24)이 배기 가스류의 유동 방향 길이가 짧으면서 포집판(23)이 배기 가스류의 유동 방향에 대하여 직각 방향으로 배치되며, 또한 배기 가스류가 포집판(23)에 대하여 직접 접촉하기 때문에 유과(流過) 저항(압력 손실; 압손)이 크다는 것, 포집판(23)이 얇고 배기 가스류의 유동 방향 길이가 짧기 때문에 PM이 그냥 통과하는 것이 걱정되고, PM 포집 효율을 충분히 높일 수 없을 우려가 있다는 것, 일단 포집판(23)을 통과한 PM은 재차 코로나 방전에 의해 대전시켜 포집되는 일없이 그대로 배출되어 버릴 우려가 있다고 하는 문제를 갖는다.
한편, 상기 특허문헌 1에는, 포집판을 배기 가스류의 유동 방향으로 긴 관형으로 하고, 관형 포집부의 관축 방향으로 전극침을 마련하며, PM 입자를 배기 가스류의 유동 방향으로 흘리면서 퇴적·박리를 반복하는 점핑 현상을 발현시켜 성장시키고, 이 성장 현상에 의해 배기 가스류의 관형 포집부 내면 부근의 PM의 입경을 싸이클론으로 포집하기 쉽도록 조대화시키며 PM의 농도를 상승시키고, 또한 이 PM의 입경이 대직경이면서 농도가 고농도로 농축된 배기 가스류를 선택적으로 추출하여 싸이클론으로 포집한다고 하는 기술 사상은 개시되어 있지도 시사되어 있지도 않다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 배기 PM 포집 장치 및 특허문헌 3에 기재된 배기 가스 정화 장치는, 방전 전압과 포집 편향 전압이 동일 전위이기 때문에 양(兩) 전압을 각각의 적정 조건으로 설정하기가 어렵다는 것, 편향 전극과 포집 전극 사이의 스파크 발생을 방지하기 위해서 그 간격을 크게 잡지 않을 수 없다는 것, 또한 이 때문에 포집되지 않고서 포집 구간을 그냥 지나치는 PM이 많아져, 포집 효율이 저하된다는 것, 또한 포집 효율을 올리기 위해서는 포집부의 용량을 크게 잡을 필요가 있어, 장치의 대형화가 불가피해지며, 소형 경량화가 요구되는 선박용 부품으로서는 적당하지 않다는 것과 같은 결점을 갖는다.
한편, 상기 특허문헌 2에는, 포집 전극(32)은 배기 가스가 지나는 길이 되는 터널형의 전극으로 형성되고, 포집 전극(32)의 터널 내에 니들 전극(31)과 편향 전극(36)의 전극 결합체가, 터널과 축심을 대략 공통으로 하여 배치되며, 굵고 긴 전극 결합체가 관형 포집부의 거의 전체 길이에 걸쳐 내삽(內揷)되어 격자형으로 형성되고, 라고 기재되어 있고, 또한 상기 특허문헌 3에는, 실시예 6의 단락 [0033]에 「…… 고정 원통체(41)의 중심선을 따라서 방전 전극쌍 및 수집 전극쌍의 각 한쪽을 구성하는 전극봉(42)이 현수되고, …… 고정 원통체(41)의 하부 측면에는 직경이 큰 배기구가 마련되고, 배기구에는 하류측의 배기관(45)이 끼워 넣어 ……. 」라고, 단락 [0035]에는 「회전 원통부(46)는 하부가 직경이 작은 절두 원추 형상을 지니고 …… 회전 원통부(46)의 내면에서 위쪽으로 긴 바아(스크럽부)(44)가 세워져 있고, 바아(44)의 외측 가장자리는 고정 원통체(41)의 대직경부의 내면에 접하고 있다.」라고, 단락 [0036]에는 「…… 디젤 파티큘레이트는, 방전 공간에서 전극봉(42)과 고정 원통체(41) ……와의 사이의 코로나 방전에 의해 …… 대전한 디젤 파티큘레이트는, …… 정전계에 끌려 고정 원통체(41)의 대직경부의 내면에 퇴적된다.」라고 기재되어 있으며, 또한 단락 [0037]에는 「회전 원통부(46)의 회전과 함께, 바아(44)는 고정 원통체(41)의 대직경부의 내면에 접하여 저속으로 회전하고, 대직경부의 내면에 퇴적된 디젤 파티큘레이트층을 낙하시켜, …… 낙하된 디젤 파티큘레이트는 수집 박스에 모아, …… 제거할 수 있다.」라고 기재되어 있어 관형 포집부가 형성되어는 있지만, 특허문헌 3에 기재되어 있는 것은, 포집 전극을 배기 가스류의 유동 방향으로 긴 고정 원통부(관형)로 하고, 관형 포집부의 관축 방향으로 간격을 유지하여 전극침을 마련하며, PM을 배기 가스류의 유동 방향으로 흘리면서 퇴적시키고, 퇴적된 PM 입자를 바아로 긁어 떨어뜨리는 기술이며, 긁어 떨어뜨려졌을 때에 비산되는 PM 입자의 일부가 수집 박스의 바로 앞에 마련된 큰 직경의 배기구에 끼워 넣어진 하류측의 배기관으로부터 배출되는 것이 대단히 우려되는 기술이다.
따라서, 특허문헌 2, 3에 기재된 기술도, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술과 마찬가지로, 포집판을 배기 가스류의 유동 방향으로 긴 관형으로 하고, 관형 포집부의 관축 방향으로 전극침을 마련하며, PM 입자를 배기 가스류의 유동 방향으로 흘리면서 퇴적·박리를 반복하는 점핑 현상을 발현시켜 성장시키고, 이 성장 현상에 의해 배기 가스류의 관형 포집부 내면 부근의 PM의 입경을 싸이클론으로 포집하기 쉽도록 조대화시키며 PM의 농도를 상승시키고, 또한 이 PM의 입경이 대직경이면서 농도가 고농도로 농축된 배기 가스류를 선택적으로 추출하여 싸이클론으로 능률적으로 포집하는 기술 사상은 개시되어 있지도 시사되어 있지도 않다.
한편, 상기 특허문헌 4에 기재된 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치는, 전기 집진부(51)의 집진 전극(54)이나 통형 하우징(56)의 내주 벽면(포집관벽)에 포집된 PM 입자는 큰 덩어리를 형성하고, 이 PM 덩어리가 자연 박리 내지 기계적 박리 기구에 의해 집진 전극(54)이나 포집관벽을 이탈하여 통형 하우징(56) 내에서 혼합되고, 이 이탈하여 혼합된 PM 덩어리를 배출 가스 중으로부터 싸이클론(52)에서 원심 분리하여 호퍼(63)에 재포집하는 방식이지만, 이 방식에서는, 통형 하우징(56) 내에 배치되며 전체 배출 가스량의 혼합을 수반하는 가이드 베인(61)에 의해 싸이클론(52)에 배출 가스 전량을 흘려 PM을 원심 분리시키기 때문에, 필연적으로 대형의 가이드 베인(61)을 배치한 대형의 싸이클론(52)이 필요하게 되어, 설비 비용 및 운전 비용이 높아지는 것, 또한 구조적으로 싸이클론(52)을 복수 설치할 수 없기 때문에, 운전 엔진 대수의 증감이나 엔진 부하율의 큰 변동에 따른 배기 가스 유량의 대폭적인 증감에 대응할 수 없는데다, 싸이클론 도입부의 배출 가스 유속을 적정하게 제어하는 수단을 구비하고 있지 않기 때문에 높은 PM 포집율을 유지하면서 싸이클론에서의 과대한 압력 손실에 의한 연비의 악화 등의 문제를 해소할 수 없다고 하는 결점을 갖는다.
한편, 상기 특허문헌 4에서는, 포집판을 배기 가스류의 유동 방향으로 긴 관형으로 하고, 관형 포집부의 관축 방향으로 전극침을 마련하며, PM 입자를 배기 가스류의 유동 방향으로 흘리면서 관형 포집부 내면 부근에 퇴적시켜 싸이클론으로 포집하고는 있지만, 이 특허문헌 4에 기재된 기술도, 상기 특허문헌 1∼3에 기재된 기술과 마찬가지로, 배기 가스류의 PM의 입경을 싸이클론으로 포집하기 쉽도록 조대화시키며 배기 가스류의 관형 포집부 내면 부근의 PM의 농도를 상승시키고, 또한 이 PM의 입경이 대직경이면서 농도가 고농도로 농축된 배기 가스류의 관형 포집부 내면 부근의 흐름만을 선택적으로 추출하여 집중적으로 싸이클론으로 포집하는 기술 사상은 개시되어 있지도 시사되어 있지도 않다.
또한, 특허문헌 5에 기재된 가스 처리 장치는, 차량 탑재용의 소형 가스 처리 장치로서, 대전 응집부(70)를 상류측에, 필터부(80)를 하류측에 배치하여 구성하고, 대전 응집부(70)에 배기 가스를 다수로 분류하는 가스 입구실(71c)을 마련하며 가스 통로벽을 통형체(71f)로 형성하면서 이 통형체(71f)를 외기에 노출하여 가스 통로벽인 상기 통형체(71f)를 자연 대류와 열방사에 의한 자연 방열에 의해 가스를 냉각하는 가스 냉각부로서 형성하고, 그 후 분류한 배기 가스를 가스 출구실(71d)에서 재혼합시키는 장치에 관한 기술이며, 관형 포집부로부터 흘러나온 배기 가스가, PM 입자의 포집 공정 이전에 재혼합되는 일이 없는 기술(후술하는 본 발명)과는 다르다. 이 특허문헌 5에 기재된 가스 처리 장치는, 통형체(71f)의 내표면 또는 그 내표면의 근방에 가스 흐름에 대한 난류 촉진 수단(71e)을 마련하여, 특히 통형체의 표면 근방에 가스의 난류화를 촉진하여, 유로 단면 방향의 교반 작용을 크게 해 버리는 결점을 갖는다.
한편, 이 특허문헌 5에 기재된 것은, 포집벽을 배기 가스류의 유동 방향으로 긴 관형의 통형체로 하고 상기 관형 포집부의 관축 방향으로 전극침을 마련하며, PM 입자를 배기 가스류의 유동 방향으로 흘리면서 상기 관형 포집부 내면 부근에 퇴적시켜 포집하고 있지만, 이 특허문헌 5도 상기 특허문헌 1∼4와 마찬가지로, 배기 가스류의 PM의 입경을 하류측에 설치된 싸이클론으로 포집하기 쉽도록 조대화시키며 배기 가스류의 관형 포집부 내면 부근의 PM의 농도를 상승시키고, 또한 이 PM의 입경이 대직경이면서 PM 농도가 고농도인 배기 가스류의 관형 포집부 내면 부근의 흐름만을 선택적으로 추출하여 집중적으로 싸이클론으로 포집한다고 하는 기술 사상은 개시되어 있지도 시사되어 있지도 않다.
본 발명은, 상기한 종래 기술의 결점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 특히 전체 배출 가스량이 흐르는 통로 내에 가이드 베인을 배치하여 싸이클론을 구성하는 특허문헌 4에 기재된 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치 방식 대신에, 싸이클론 방식의 분별 포집 수단을 관형 포집부 내가 아니라 관형 포집부의 하류측에 배치하고, 또한 상기 싸이클론 포집 수단을 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하는 방식을 채용함으로써, 싸이클론을 소형화할 수 있는데다가, 선박용 엔진에 있어서의 메인 기계 및 보조 기계의 병렬 운전이나 단독 운전에 따른 운전 상황의 변화나 엔진 부하율의 큰 변동 등에 의한 배기 가스 유량의 대폭적인 증감에 따라서 싸이클론을 적정하게 선택하여 사용하는 것이 가능하고, 또한 싸이클론 도입부의 배출 가스 유속을 적정하게 제어하는 수단을 구비함으로써, 높은 PM 포집율을 유지하면서 배출 가스 정화 장치에서의 과대한 압력 손실에 의한 연비 악화 등의 문제를 해소할 수 있는 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치는, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배출 가스 중에 포함되는 PM을 대전시키는 방전 전극, 및 대전된 상기 PM을 포집하는 집진 전극을 구성하는 소정 길이의 관형 포집부를 갖고, 또한 상기 방전 전극은, 상기 관형 포집부 내에 관축 방향으로 배치된 메인 전극과 이 메인 전극에 간격을 두고 배치된 방사상으로 돌출되는 복수 개의 전극침에 의해 구성된 것인 전기 집진 수단과, 상기 관형 포집부로부터 박리한 PM을 분별하여 포집하는 싸이클론 방식의 분별 포집 수단을 구비하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치에 있어서, 상기 관형 포집부의 하류측의 축심 부근에 PM의 저농도 배출 가스 도출관을, 상기 관형 포집부의 하류측의 내주면 부근에 고농도 배출 가스 도출부를 각각 마련하고, PM의 고농도 배출 가스 도출부에 상기 PM을 포집하는 싸이클론 포집 수단을 연통 설치하며, 상기 싸이클론 포집 수단을 접선식 싸이클론으로 구성하고, 상기 저농도 배출 가스 도출관에 배치한 댐퍼의 개방도를 제어함으로써 상기 접선식 싸이클론에의 배출 가스 유입 속도를 제어하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 한편, 저농도 배출 가스란 PM 함유량이 적은 배출 가스(정화된 배출 가스)를 의미하며, 고농도 배출 가스란 PM을 많이 포함하는 배출 가스를 의미하는 것은 물론이다.
또한, 본 발명의 장치는, 상기 싸이클론 포집 수단을 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하고, 상기 고농도 배출 가스 도출부로부터 배출되는 고농도 배출 가스를 그 배출 가스의 유량에 따라서 선택적으로 상기 접선식 싸이클론에 도입하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 관형 포집부는, 그 하류측 단부에 테이퍼형으로 확경되는 테이퍼 관형부와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부를 갖고, 상기 대직경 관형부의 축심 부근에 저농도 배출 가스 도출관이, 상기 대직경 관형부의 내주면 부근에 고농도 배출 가스 도출부가 연통 설치된 구성으로 이루어지는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.
또한, 상기 관형 포집부의 테이퍼 관형부 또는 상기 테이퍼 관형부와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부의 영역에까지 방전 전극을 연장하여 마련한 구성으로 이루어지는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.
본 발명의 장치는 또한, 상기 싸이클론 포집 수단을, 처리 능력이 다른 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하며, 각 접선식 싸이클론의 도입구에 유량 제어 댐퍼를 마련하는 것을 바람직한 양태로 하고, 또한 상기 접선식 싸이클론과 저농도 배출 가스 도출관의 사이에, 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스를 상기 저농도 배출 가스와 합류시키기 위한 배출관을 배치하며, 이 배출관에 에어 노즐 또는 모터 구동 팬을 배치한 구성으로 이루어지는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 장치에서는, 상기 관형 포집부가 거의 수평으로 배치되는 것, 또는 상기 관형 포집부가 거의 수직하게 상향으로 배치되는 것, 혹은 상기 관형 포집부가 거의 수직하게 하향으로 배치되는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.
본 발명에 따른 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치는, 관형 포집부의 외부에서 PM을 원심 분리시키는 방식을 채용함으로써, 관형 포집부에 있어서 배출 가스 중의 PM이 관형의 포집 벽면에 포집되어 덩어리 모양으로 되고, 이 PM 덩어리가 관형의 포집 벽면에 부착과 박리를 반복하면서 상기 관형의 포집 벽면 부근에서 PM이 서서히 농축화되어 감으로써 PM을 고농도로 포함한 배출 가스류로 되어 하류로 흐르며, 이 관형 포집부 내에 있어서 PM의 고농도 배출 가스와 관형 포집부의 축심 부근에서 PM이 서서히 희박화되어 감으로써 PM을 저농도밖에 함유하지 않는 저농도 배출 가스로 분리되고, PM의 고농도 배출 가스는 관형의 포집 벽면 부근을, PM의 저농도 배출 가스는 관형 포집부의 축심부 부근을 각각 흐르는 현상이 발생하기 때문에, PM이 농축된 고농도 배출 가스만을 관형의 포집 벽면 부근에서 싸이클론 포집 수단으로 유도할 수 있다. 즉, 본 발명의 장치에 따르면, 전체 배출 가스량에 대해서는 일부이기는 하지만 PM의 고농도 배출 가스만을 싸이클론으로 유도할 수 있기 때문에, 싸이클론을 소형화할 수 있다. 한편, PM이 희박화된 저농도 배출 가스(정화된 배출 가스)는 관형 포집부의 하류측에서 축심 부근에 연통 설치되어 있는 저농도 배출 가스 도출관으로부터 외부로 방출된다.
또한, 본 발명의 장치에 따르면, 싸이클론 포집 수단을 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하고, 고농도 배출 가스 도출부로부터 배출되는 PM의 고농도 배출 가스를 그 배출 가스의 유량에 따라서 선택적으로 상기 접선식 싸이클론에 도입하는 방식으로 이루어짐으로써, 가이드 베인을 배치한 상기 특허문헌 4에 기재된 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치의 축류식 싸이클론과 비교하여 포집 성능이 우수한 접선식 싸이클론의 「유입되는 유체의 접선 속도가 빠르면 포집 효율이 높아진다」고 하는 작용 효과에 더하여, 선박용 엔진에 있어서의 메인 기계 및 보조 기계의 병렬 운전이나 단독 운전에 따른 운전 상황의 변화나 엔진 부하율의 큰 변동에 의한 배기 가스 유량의 대폭적인 증감에 따라서 접선식 싸이클론의 처리 능력과 대수를 적정하게 선택하는 것이 가능하게 되어, 배출 가스 유량의 변화에 대응하여 PM의 높은 포집율을 확보할 수 있다. 또한, 상기 저농도 배출 가스 도출관에 배치한 댐퍼의 개방도를 제어함으로써 상기 접선식 싸이클론에의 배출 가스 유입 속도(접선 속도)를 적정하게 제어할 수 있기 때문에, PM의 높은 포집율을 유지하면서 상기 배출 가스 정화 장치에서의 과대한 압력 손실에 의한 연비 악화 등의 문제도 해소할 수 있다.
본 발명에 따른 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치는 또한, 관형 포집부의 하류측에 테이퍼형으로 확경되는 테이퍼 관형부 또는 상기 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부를 마련함으로써, 고농도 배출 가스류가 테이퍼 관형부에 의해 서서히 감속되고, 대직경 관형부의 내주면에 연통 설치한 고농도 배출 가스 도출부에 PM을 확실하게 도입시킬 수 있다. 또한, 관형 포집부의 테이퍼 관형부와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부 영역의 내주면 부근에까지 방전 전극을 연장하여 설치한 구성으로 함으로써, 보다 효과적으로 PM을 포집할 수 있어, 배출 가스의 정화를 한층 더 도모할 수 있다.
또한 본 발명의 장치는, 상기 싸이클론 포집 수단을, 처리 능력이 다른 복수의 접선식 싸이클론, 예컨대 소처리 능력 접선식 싸이클론, 중처리 능력 접선식 싸이클론, 대처리 능력 접선식 싸이클론의 3 종류의 싸이클론으로 구성하고, 각 접선식 싸이클론의 도입구에 유량 제어 댐퍼를 마련함으로써, 선박용 엔진에 있어서의 메인 기계 및 보조 기계의 병렬 운전이나 단독 운전에 따른 운전 상황의 변화나 엔진 부하율의 큰 변동에 의한 배기 가스 유량의 대폭적인 증감에 따라서 접선식 싸이클론을 보다 적정하게 선택하여 사용하는 것이 가능하게 될 뿐만 아니라, 저농도 배출 가스 도출관에 배치한 댐퍼와 더불어 각 접선식 싸이클론마다 마련한 유량 제어 댐퍼를 제어함으로써 각 접선식 싸이클론에의 배출 가스 유입 속도를 보다 적정하게 제어할 수 있게 된다. 또한, 상기 접선식 싸이클론과 저농도 배출 가스 도출관의 사이에, 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스를 상기 저농도 배출 가스와 합류시키기 위한 배출관을 배치하고, 상기 배출관에 에어 노즐 또는 모터 구동 팬을 배치한 구성으로 함으로써, 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스류가 증속(增速) 흡인되고, 그 배출 가스 정화 장치에서의 압력 손실도 보다 개선되어 연비의 향상에 기여한다.
본 발명의 장치는 또한, 상기 관형 포집부를 거의 수평으로 배치한 경우에는, 관형 포집부가 엔진이 설치되어 있는 기관실의 바닥면에 대하여 거의 일정한 높이가 되기 때문에 포집관이나 방전 전극 등에 대한 메인터넌스시의 작업성이 양호하게 되는 것, 상기 관형 포집부를 상기 바닥면에 대하여 거의 수직하게 상향으로 배치한 경우에는, 상기 관형 포집부가 굴뚝으로의 배기관의 배관을 겸할 수 있기 때문에 공간 절약이 도모되는 것, 상기 관형 포집부를 상기 바닥면에 대하여 거의 수직하게 하향으로 배치한 경우에는, 낙하하는 PM이 포집되기 쉬워질 뿐만 아니라, 포집 벽면에 부착된 SOF나 설페이트 등이 액상화된 경우, 그 액상 성분이 포집 벽면을 흘러내려가 포집되기 쉬운데다, 설페이트 등에 의해 부식된 무거운 산화 스케일이 벽면에서 박리되어 낙하하더라도 포집하기 쉽다는 것, 등의 이점을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 장치의 전체 구성을 도시하는 개략 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예 장치의 전체 구성을 도시하는 개략 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예 장치의 주요부를 확대하여 도시하는 개략 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예 장치의 변형예의 주요부를 확대하여 도시하는 개략 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예 장치의 주요부를 확대하여 도시하는 개략 종단면도이다.
도 6은 도 5의 a-a선 상의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예 장치의 전체 구성을 일부 생략하여 도시하는 개략 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 장치에서의 싸이클론 포집 수단의 다른 실시예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 장치에서의 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스의 증속 흡인부를 확대하여 모식적으로 도시하는 설명도로서, (a)는 에어 노즐 방식, (b)는 모터 구동 팬 방식을 각각 도시한다.
도 10은 본 발명의 장치에서의 관형 포집부를 거의 수직하게 하향으로 배치한 예를 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 장치에서의 관형 포집부를 거의 수직하게 상향으로 배치한 예를 도시하는 개략도이다.
도 12는 종래의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 종단면도이다.
도 13은 종래의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 다른 예를 도시하는 개략 종단면도이다.
도 14는 종래의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 다른 예를 도시하는 개략 종단면도이다.
도 15는 종래의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 또 다른 예를 도시하는 개략 종단면도이다.
도 16은 종래의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 또 다른 예를 일부 파단하여 도시하는 개략 종단면도이다.
도 17은 도 16에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 1에 본 발명의 제1 실시예 장치로서 나타내는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치는, 크게 나눠 전기 집진 수단을 구성하는 관형 포집부(1)와 분별 포집 수단을 구성하는 분별 포집부(2)를 포함하고, PM 입자를 포집하기 위해서 마련하는 관형 포집부(1)는, 집진 전극을 구성하는 소정 길이의, 포집 벽면(1-1k)을 갖는 포집관(1-1)과 배출 가스 중에 포함되는 PM을 대전시키는 방전 전극(1-2)을 구비한다. 집진 전극을 구성하는 포집관(1-1)은, 상류측(디젤 엔진 측)의 단부에 배출 가스 도입구(1-1a)를 갖고, 하류측 단부의 축심 부근에는 PM의 저농도 배출 가스 도출관(3)이, 하류측 단부의 내주면 부근에는 PM의 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)가 각각 연통 설치되어 있다. 방전 전극(1-2)은, 집진 전극을 구성하는 포집관(1-1)의 축심 부근을 거의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 메인 전극(1-2a)과, 이 메인 전극(1-2a)의 길이 방향으로 원하는 간격을 두고 배치된 방사상으로 돌출되는 전극침(1-2b)의 군에 의해 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 방전 전극(1-2)은, 포집관(1-1)의 배출 가스 도입구(1-1a) 측에 마련한 시일 에어 도입관부(1-1c)와, 저농도 배출 가스 도출관(3)의 입구 부위에 마련한 시일 에어 도입관부(3-1)에 현수 설치한 지지체(4)를 통해 메인 전극(1-2a)의 양단부가 지지되어 있다. 한편, 도시하지 않지만, 방전 전극(1-2)은 필요에 따라 절연된 스테이에 의해 포집관(1-1)의 내부로부터 원하는 간격을 두고서 지지된다. 또한, 방전 전극(1-2)은 외부에 설치된 고압 전원 장치(도시하지 않음)에 배선되어, 제어된 고압 전원의 공급을 받는다.
상기 배출 가스의 유동 방향에 있어서 관형 포집부(1)의 하류측에 마련된 분별 포집부(2)는 분별 수단으로서의 싸이클론 포집 수단(2-1)에 의해 구성되어 있다. 이 싸이클론 포집 수단(2-1)은, 포집관(1-1)의 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)에 연통관(5-1)을 통해 접속된 1대의 접선식 싸이클론(2-1a)으로 구성되고, 또한 상기 접선식 싸이클론(2-1a)과 상기 저농도 배출 가스 도출관(3)의 사이에는, 접선식 싸이클론(2-1a) 통과 후의 정화 가스를 저농도 배출 가스 도출관(3) 안을 흐르는 저농도 배출 가스에 합류시키기 위한 배출관(6-1)이 배치되어 있다. 또한, 상기 저농도 배출 가스 도출관(3)에는, 접선식 싸이클론(2-1a)에의 고농도 배출 가스 유입량 및 유입 속도와 저농도 배출 가스 방출량의 유량을 조정하기 위한 유량 제어 댐퍼(7)가 마련되어 있다.
한편, 도 1의 쇄선부는, 선박용 디젤 엔진에 있어서의 메인 기계(12)와 보조 기계(13)의 조합을 예시한 것이다. 이 선박용 디젤 엔진의 경우, 엔진 운전은 메인 기계(12)와 보조 기계(13)의 병렬 운전 및 각각의 단독 운전이 있고 각 엔진의 부하도 크게 변동하기 때문에 배기 가스류 총량이 대폭 변동된다. 또한, 대배기량 엔진의 경우, 상기 포집관(1-1)을 복수 병설(도면 생략)하는 경우도 있다.
도 2에 본 발명의 제2 실시예 장치로서 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치는, 싸이클론 포집 수단(2-1)을 2대의 접선식 싸이클론(2-1a)으로 구성한 것 이외에는 상기 제1 실시예 장치와 같은 구성을 갖는 것이다. 즉, 포집관(1-1)의 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)에 연통관(5-1, 5-2)을 통해 2대의 접선식 싸이클론(2-1a)을 병렬적으로 접속하여 싸이클론 포집 수단(2-1)을 구성하는 동시에, 이 경우도 각 접선식 싸이클론(2-1a) 통과 후의 정화 가스를 각각 저농도 배출 가스 도출관(3) 안을 흐르는 저농도 배출 가스에 합류시키기 위한 배출관(6-1, 6-2)을 배치하고 있다.
상기 도 1, 도 2에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치에 있어서, 배출 가스 도입구(1-1a)로부터 포집관(1-1) 내로 유입된 배출 가스 중의 PM은, 집진 전극을 구성하는 상기 포집관(1-1)의 내벽인 포집 벽면(1-1k)과 방전 전극(1-2)의 사이에 있어서의 방전에 의해 대전되기 때문에, 대전된 PM 입자는 쿨롱력에 의해서 포집 벽면(1-1k)에 포집된다. 포집관(1-1)의 포집 벽면(1-1k)에 포집된 PM 입자에는 시간의 경과와 함께 축심 부근의 배기 가스류로부터 포집된 PM 입자가 더욱 퇴적되어 점차 성장하여 덩어리 모양으로 되고, 이 PM 덩어리가 배기류에 의한 박리와 방전(대전)에 수반되는 쿨롱력에 의한 관형의 포집 벽면(1-1k)에의 재부착을 반복하면서 포집 벽면 근방에서 농축되면서 흘러감으로써 PM을 고농도로 포함한 배출 가스류가 되는 동시에, 포집관(1-1)의 거의 축심부 부근을 흐르는 배출 가스 중의 PM은 포집 벽면(1-1k)에 포집되어 점차로 희박화되어 PM을 저농도로만 포함한 배출 가스류가 되어 하류로 흘러간다. 즉, 배출 가스 도입구(1-1a)로부터 포집관(1-1) 내로 유입된 배출 가스는, 관형 포집부(1)를 흘러내려가는 과정에서 PM의 고농도 배출 가스류와 저농도 배출 가스류로 분리되고, 포집관(1-1) 내벽의 포집 벽면(1-1k)의 근방에서는 고농도 배출 가스류가, 포집관(1-1)의 거의 축심부 부근에서는 저농도 배출 가스류가 되어 포집관(1-1)의 하류로 흘러간다. 그리고, 도 1에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 경우는, 포집관(1-1)의 하류에 있어서, 포집관(1-1) 내벽의 포집 벽면(1-1k) 근방에서 흘러온 PM의 고농도 배출 가스류는, 상기 포집관(1-1)의 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)로부터 연통관(5-1)을 통해 접선식 싸이클론(2-1a)에 도입되어 PM이 원심 분리되고, 도 2에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 경우는, 포집관(1-1) 내벽의 포집 벽면(1-1k) 근방에서 흘러온 고농도 배출 가스류는, 상기 포집관(1-1)의 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)로부터 연통관(5-1, 5-2)을 통해 2대의 접선식 싸이클론(2-1a)에 도입되어 PM이 원심 분리된다. 한편, 포집관(1-1)의 거의 축심부 부근에서 흐르는 PM의 저농도 배출 가스류는, 도 1, 도 2에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치에서 모두, 상기 포집관(1-1)의 거의 축심부 부근에 설치된 저농도 배출 가스 도출관(3)을 통해서 외부로 방출된다. 또한, 상기 접선식 싸이클론(2-1a)에서 정화된 배출 가스류는, 각각 배출관(6-1, 6-1 및 6-2)을 통해 저농도 배출 가스 도출관(3) 안을 흐르는 저농도 배출 가스류에 합류된다.
한편, 싸이클론 포집 수단(2-1)을 2대의 접선식 싸이클론(2-1a)으로 구성한 도 2에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 경우는, 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)로부터 배출되는 고농도 배출 가스류의 유량에 따라서 사용하는 대수를 설정하면 되고, 2대의 접선식 싸이클론(2-1a)을 교대로 사용할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 도 1, 도 2에 도시하는 본원 발명의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 경우는, PM의 고농도 배출 가스만(전체 배출 가스량의 일부)을 싸이클론으로 유도할 수 있기 때문에, 소형의 싸이클론으로 효율적으로 PM을 포집·분별 회수할 수 있다.
이어서, 도 3에 제3 실시예 장치로서 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치는, 관형 포집부(1)의 집진 전극을 구성하는 포집관(1-1)의 하류측 단부에 테이퍼형으로 확경되는 테이퍼 관형부(1-1d)와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부(1-1e)를 형성하고, 상기 대직경 관형부(1-1e)의 축심부 부근에 저농도 배출 가스 도출관(3)과 내주면 부근에 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)를 연통 설치한 구성으로 한 것 이외에는, 상기 도 1 또는 도 2에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치와 같은 구성을 갖는 것이다. 이러한 구성의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 경우는, 포집관(1-1) 하류측 단부에 있어서, 고농도 배출 가스류가 테이퍼 관형부(1-1d)에 의해 서서히 감속되어, 대직경 관형부(1-1e) 내주면 부근에 연통 설치한 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)에 PM을 확실하게 도입시킬 수 있다. 한편, 방전 전극(1-2)의 전극침(1-2b)은 포집관(1-1) 하류측 단부의 테이퍼 관형부(1-1b)에까지 연속적으로 마련하면 더욱 바람직하다.
또한, 상기 도 3에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치에 있어서, 도 4에 도시하는 바와 같이 포집관(1-1)을 하향으로 수직 배치로 한 경우에는, 대직경 관형부(1-1e)의 바닥벽면(1-1e')을 도시하는 바와 같이 연통관(5-1) 측으로 하강 경사지게 한다. 이러한 수단을 강구하는 것은, 낙하한 SOF, 설페이트 등의 액상 성분을 싸이클론 측으로 흘러내려가게 하여 포집하기 쉽게 하기 위해서이고, 포집관(1-1) 내면의 포집 벽면(1-1k)이 PM이나 설페이트 등에 의해 부식되어 산화 스케일(금속 산화 스케일 등)이 발생한 경우에, 상기 포집 벽면(1-1k)으로부터 박리된 상기 산화 스케일도 포집하기 쉽게 하기 위해서이다.
또한, 도 5, 도 6에 제4 실시예 장치로서 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치는, 관형 포집부(1)의 집진 전극을 구성하는 포집관(1-1)의 하류측 단부에 테이퍼형으로 확경되는 테이퍼 관형부(1-1d)와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부(1-1e)를 형성하고, 상기 대직경 관형부(1-1e)의 축심부 부근에 저농도 배출 가스 도출관(3)과 내주면 부근에 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)를 연통 설치한 구성으로 하며, 또한 상기 테이퍼 관형부(1-1d)와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부(1-1e)의 영역에까지 방전 전극(1-2) 및 전극침(1-2b)을 연장하여 설치한 구성으로 한 것 이외에는, 상기 도 1 또는 도 2에 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치와 같은 구성을 갖는 것이다. 한편, 도면에서 도면부호 1-2c는 복수로 분기된 방전 전극(1-2)의 각각을 지지하는 지지 링이다.
이러한 구성의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치의 경우는, 포집관(1-1)의 하류측 단부에 있어서, 고농도 배출 가스류가 테이퍼 관형부(1-1d)에 의해 서서히 감속되기 때문에 보다 효과적으로 PM을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 대직경 관형부(1-1e)로 흘러들어가고 나서도 PM 덩어리가 성장하여 싸이클론 포집 수단(2-1)에 의한 포집 효율을 보다 높여 배출 가스의 정화를 한층 더 도모할 수 있다.
또한, 도 7에 제5 실시예 장치로서 도시하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치는, 포집관(1-1)의 바로 앞에 배출 가스 도입실(1-1f) 및 상기 배출 가스 도입실(1-1f)과 포집관(1-1) 사이에 초크부(1-1g)와 테이퍼 확경부(1-1h)를 마련하며, 상기 초크부(1-1g)와 테이퍼 확경부(1-1h)에도 전극침(1-2b)을 마련하고, 상기 배출 가스 도입실(1-1f)에의 배출 가스 도입구(1-1a)와, 시일 에어 도입실(1-1i)에의 시일 에어 도입구(1-1j)를 각각 대향시켜 설치한 구성으로 이루어진 것이다.
이러한 구성의 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치에 있어서, 포집관(1-1)의 길이를 L, 포집관(1-1)의 내경을 D로 한 경우, 3D≤L≤15D, 바람직하게는 5D≤L≤10D의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 그 이유는, 3D 미만이면 배출 가스의 흐름이 정류되지 않고 혼란이 수습되지 않기 때문에, 포집 벽면(1-1k)부에서의 PM의 농후화가 촉진되지 않고, 다른 한편으로는 15D를 넘으면 농후화의 정도에 차가 없으며, 장치의 대형화를 초래하여 스페이스 효율이 악화되기 때문이다. 또한, 바람직한 조건으로서 5D≤L≤10D로 한 것은, 5D 이상이면 흐름이 특히 잘 정류되어 포집 벽면(1-1k)부 부근에의 PM의 농후화가 안정되고, 10D 이내에서는 농후화의 정도에 차가 적어져 실용상의 효과를 얻을 수 있으므로 장치의 대형화를 억제할 수 있기 때문이다. 한편, 각 부의 치수의 일례를 구체적으로 나타내면, 포집관(1-1)의 길이 L은 3 m, 포집관(1-1)의 내경은 φ400 ㎜, 초크부(1-1g)의 길이는 375 ㎜, 초크부(1-1g)의 내경은 φ220 ㎜, 테이퍼 확경부(1-1h)의 테이퍼각(θ)은 30도이다.
또한, 배출 가스 도입구(1-1a)에서 배출 가스 도입실(1-1f)로 유입된 배출 가스는, 초크부(1-1g)를 경유함으로써 테이퍼 확경부(1-1h)를 거친 배출 가스류의 혼란이 억제되어 가스 흐름이 신속하게 안정화되어 포집관 내벽의 포집 벽면(1-1k)에서의 농후화와 포집관 축심 부근에서의 희박화가 촉진된다. 게다가 초크부(1-1g)에서는, 전극과 입자 사이 거리가 짧기 때문에, 전체 입자가 확실하게 대전될 수 있고, 입자가 포집관 내벽의 포집 벽면(1-1k)에 부착되어, 포집 성능의 향상이 도모된다. 한편, 배출 가스를 대향시켜 배출 가스 도입실(1-1f)에 유입시키는 것으로 한 것은, 대칭적으로 포집관(1-1)에 유입시킴으로써 배출 가스류의 흐름의 밸런스가 잡히고 배출 가스류의 혼란이 적어져 신속하게 정류되며, 축방향 길이가 짧은 흐름이면서도 잘 정류되어 바람직하기 때문이다. 또한, 전극에 대한 시일 에어도 대향시켜 시일 에어 도입실(1-1i)에 유입시키면 마찬가지로 바람직하다.
이어서, 도 8에 도시하는 싸이클론 포집 수단은, 처리 능력이 다른 복수의 접선식 싸이클론, 예컨대 소처리 능력 접선식 싸이클론(2-1b), 중처리 능력 접선식 싸이클론(2-1c), 대처리 능력 접선식 싸이클론(2-1d)의 3 종류의 싸이클론으로 구성한 것으로, 포집관(1-1)의 고농도 배출 가스 도출부(1-1b)에 방사상 위치에 접속한 연통관(8-1, 8-2, 8-3)을 통해 각 접선식 싸이클론(2-1b, 2-1c, 2-1d)을 접속하고, 상기 각 연통관(8-1, 8-2, 8-3)의 고농도 배출 가스 도입구에 유량 제어 댐퍼(9-1, 9-2, 9-3)를 설치한 구성으로 한 것이다.
이와 같이 처리 능력이 다른 복수의 접선식 싸이클론으로 싸이클론 포집 수단을 구성한 경우에는, 선박용 엔진에 있어서의 메인 기계 및 보조 기계의 병렬 운전이나 단독 운전에 따른 운전 상황의 변화나 엔진 부하율에 따라서 변화되는 배기 가스 유량에 대응하여 각 접선식 싸이클론을 보다 적정하게 선택하여 사용하는 것이 가능하게 될 뿐만 아니라, 저농도 배출 가스 도출관(3)에 배치한 댐퍼와 더불어 각 접선식 싸이클론마다 설치한 유량 제어 댐퍼(9-1, 9-2, 9-3)를 제어함으로써 각 접선식 싸이클론에의 배출 가스의 유입 접선 속도를 보다 적정하게 제어하는 것이 가능하게 되어, 높은 포집 효율을 넓은 엔진 부하율의 범위 등에 있어서 확보, 유지할 수 있다.
또한, 도 9의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스를 상기 저농도 배출 가스와 합류시키기 위해서 배치한 배출관(6-1)에, 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스를 증속 흡인하기 위한 에어 노즐(10) 또는 모터(11-1)로 구동되는 팬(11)을 설치함으로써, 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스류에 운동 에너지가 부여되어 증속 흡인되고, 이 배출 가스 정화 장치에서의 압력 손실도 보다 작아지도록 개선되어 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 10, 도 11은, 각각 본 발명의 장치에 있어서의 관형 포집부(1), 예컨대 도 3∼도 5에 도시하는 포집관(1-1)의 하류측 단부에 테이퍼형으로 확경되는 확경부(1-1e)를 갖는 관형 포집부(1)를 기관실 바닥면에 대하여 거의 수직으로 배치한 경우를 예시한 것으로, 도 10은 상기 관형 포집부(1)를 거의 수직하게 하향으로 배치한 예, 도 11은 상기 관형 포집부(1)를 거의 수직하게 상향으로 배치한 예를 각각 나타낸다. 여기서, 도 10에 도시하는 바와 같이 관형 포집부(1)를 거의 수직하게 하향으로 배치한 경우에는, 상기 관형 포집부(1)가 굴뚝(도시하지 않음)으로의 배기관의 배관을 겸할 수 있기 때문에 공간 절약이 도모되는 이점이 있다. 한편, 도 11에 도시하는 바와 같이 관형 포집부(1)를 수직하게 상향으로 배치한 경우에는, 낙하하는 PM이 포집되기 쉬워질 뿐만 아니라, 포집 벽면에 부착된 SOF나 설페이트 등이 액상화된 경우, 그 액상 성분이 포집 벽면을 흘러내려와 포집하기 쉬운데다가, 설페이트 등에 의해 부식된 무거운 산화 스케일이 벽면에서 박리되어 낙하하더라도 포집하기 쉽다는 이점이 있다. 한편, 관형 포집부(1)를 거의 수평으로 배치한 경우에는, 관형 포집부(1)가 엔진이 설치되어 있는 기관실의 바닥면에 대하여 거의 일정한 높이가 되기 때문에 포집관이나 방전 전극 등에 대한 메인터넌스시의 작업성이 양호해지는 이점이 있다.
산업상 이용가능성
본 발명에 따른 디젤 엔진 배출 가스 정화 장치는, 미리 PM이 농축되어 고농도화된 전체 배출 가스량의 일부의 흐름을 싸이클론에 도입하여 배출 가스를 정화하는 방식이므로, 싸이클론을 소형화할 수 있는데다가, 싸이클론 포집 수단을 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하고, 고농도 배출 가스 도출부로부터 배출되는 PM의 고농도 배출 가스류를 그 배출 가스의 유량에 따라서 선택적으로 상기 접선식 싸이클론에 도입하는 방식으로 이루어짐으로써, 축류식 싸이클론보다 포집 성능이 우수한 접선식 싸이클론의 작용 효과에 더하여, 선박용 엔진에 있어서의 메인 기계 및 보조 기계의 병렬 운전이나 단독 운전에 따른 운전 상황의 변화나 엔진 부하율의 변동에 따른 배기 가스 유량(유속)의 대폭적인 증감에 따라서 접선식 싸이클론의 처리 능력과 대수와의 밸런스를 잡으면서 적정하게 선택하는 것이 가능하게 되어, 배출 가스 유량의 각 변화에 대응하여 PM의 높은 포집율을 확보, 유지할 수 있고, 또한 저농도 배출 가스 도출관에 배치한 댐퍼의 개방도를 제어함으로써 상기 접선식 싸이클론에의 배출 가스의 유입 접선 속도를 적정하게 제어할 수 있기 때문에, PM의 높은 포집율을 확보, 유지하면서 상기 배출 가스 정화 장치에서의 과대한 압력 손실에 의한 연비 악화 등의 문제도 해소할 수 있는 등, 많은 우수한 효과를 발휘하므로, 선박용, 차량용, 산업용 등의 각종 용도의 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진 배출 가스의 정화 처리에 크게 기여한다.
1: 관형 포집부 1-1: 포집관
1-1a: 배출 가스 도입구 1-1b: 고농도 배출 가스 도출부
1-1c: 시일 에어 도입관 1-1d: 테이퍼 관형부
1-1e: 대직경 관형부 1-1f: 배출 가스 도입실
1-1g: 초크부 1-1h: 테이퍼 확경부
1-1i: 시일 에어 도입실 1-1j: 시일 에어 도입구
1-1k: 포집 벽면 1-2: 방전 전극
1-2a: 메인 전극 1-2b: 전극침
1-2c: 지지 링 2: 분별 포집부
2-1: 싸이클론 포집 수단 2-1a: 접선식 싸이클론
2-1b: 소처리 능력 접선식 싸이클론 2-1c: 중처리 능력 접선식 싸이클론
2-1d: 대처리 능력 접선식 싸이클론 3: 저농도 배출 가스 도출관
3-1: 시일 에어 도입관부 4: 지지체
5-1, 5-2, 8-1, 8-2, 8-3: 연통관 6-1, 6-2: 배출관
7, 9-1, 9-2, 9-3: 유량 제어 댐퍼 10: 에어 노즐
11: 팬 11-1: 모터
12: 메인 기계 13: 보조 기계

Claims (9)

  1. 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배출 가스 중에 포함되는 입상 물질을 대전시키는 방전 전극과, 대전된 상기 입상 물질을 포집하는 집진 전극을 구성하는 정해진 길이의 관형 포집부를 갖고, 상기 방전 전극은, 상기 관형 포집부 내에 관축 방향으로 배치된 메인 전극과, 이 메인 전극에 간격을 두고 배치된 방사상으로 돌출되는 복수 개의 전극침에 의해서 구성된 것인 전기 집진 수단; 및
    상기 관형 포집부로부터 박리된 입상 물질을 분별하여 포집하는 싸이클론 방식의 분별 포집 수단
    을 구비하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치로서,
    상기 관형 포집부의 하류측의 축심 부근에 입상 물질의 저농도 배출 가스 도출관을, 상기 관형 포집부의 하류측의 내주면 부근에 고농도 배출 가스 도출부를 각각 설치하고, 입상 물질의 고농도 배출 가스 도출부에 상기 입상 물질을 포집하는 싸이클론 포집 수단을 연통 설치하며, 상기 싸이클론 포집 수단을 접선식 싸이클론으로 구성하고, 상기 저농도 배출 가스 도출관에 배치한 댐퍼의 개방도를 제어함으로써 상기 접선식 싸이클론에의 배출 가스 유입 속도를 제어하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 싸이클론 포집 수단을 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하고, 상기 고농도 배출 가스 도출부로부터 배출되는 고농도 배출 가스를 상기 배출 가스의 유량에 따라서 선택적으로 상기 접선식 싸이클론에 도입하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관형 포집부는, 그 하류측 단부에 테이퍼형으로 확경되는 테이퍼 관형부와 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부를 갖고, 상기 대직경 관형부의 축심 부근에 저농도 배출 가스 도출관이, 상기 대직경 관형부의 내주면 부근에 고농도 배출 가스 도출부가 각각 연통 설치된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 관형 포집부의 테이퍼 관형부 또는 이 테이퍼 관형부에 연속해 있는 대직경 관형부의 영역에까지 방전 전극을 연장하여 설치한 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관형 포집부는 거의 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관형 포집부는 거의 수직하게 상향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관형 포집부는 거의 수직하게 하향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 싸이클론 포집 수단은, 처리 능력이 다른 복수의 접선식 싸이클론으로 구성하고, 각 접선식 싸이클론의 도입구에 유량 제어 댐퍼를 마련하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접선식 싸이클론과 저농도 배출 가스 도출관의 사이에, 접선식 싸이클론 통과 후의 정화 가스를 상기 저농도 배출 가스와 합류시키기 위한 배출관을 배치하고, 상기 배출관에 에어 노즐 또는 모터 구동 팬을 배치한 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배출 가스 처리 장치.
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