KR20140115848A - 배압저감장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

배압저감장치 및 이를 포함하는 선박이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배압저감장치는, 일단부가 연소기관에 연결되며 타단부에 형성된 확장부를 통해 배기가스를 배출하는 배기파이프와, 내벽이 확장부와 이격되도록 배기파이프의 타단부가 삽입되는 배압파이프와, 배기파이프와 배압파이프가 상호 연결되는 부분에 형성되며 압축공기를 배압파이프로 주입하는 압축공기 주입부를 포함할 수 있다.

Description

배압저감장치 및 이를 포함하는 선박{BACK PRESSURE REDUCING DEVICE AND SHIP INCLUDING THE SAME}

본 발명은 배압저감장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 차량이나 선박의 엔진이나 보일러 등과 같은 연소기관에서 연소 후 배출되는 연소가스(배기가스)는 배기관 등을 포함하는 배기계를 통하여 차량이나 선박의 외부로 유도되어 대기 중으로 배출되며, 이 과정에서 배기가스는 고온 고압의 상태로 배기계를 통과하게 된다.

연소기관에서 폭발적인 연소 후 배출되는 배기가스는 매우 고온이며 배출속도가 엄청나기 때문에, 이것을 대기중에 그대로 방출시키면 급격히 팽창하여 격렬한 폭음과 고열의 유해성분을 동반한 가스로 배출된다. 따라서, 소음과 배기가스의 온도를 낮추고 유해가스를 정화하기 위해 배기가스를 배기가스 후처리 장치를 통하여 배출하도록 하고 있다.

또한, 최근에는 배기가스의 고온의 폐열을 회수하기 위해 폐열 회수장치가 배기계에 설치되고 있다.

그러나, 이러한 장치들이 배기계에 설치되면 배기관 내 배기가스의 배압(back pressure)을 높이는 원인이 되며, 이로 인해 연소기관의 출력을 떨어뜨리는 문제가 있다.

엔진이나 보일러와 같은 연소기관의 원활한 연소와 출력을 얻기 위해, 배기관에 허용되는 최대 배압값(maximum back pressure)에 제한을 두고 있다. 이로 인해, 배기관에 설치될 수 있는 배기가스 후처리 장치나 폐열 회수장치와 같은 부가장치들의 허용가능 설치대수에도 제한이 따른다.

따라서, 배기관 내부의 배압을 낮출 수 있는 대안이 필요하다.

본 발명의 실시예들은 배기관 내 배기가스의 배출 성능을 향상시키며 이를 통해 배기관 내의 배압을 낮출 수 있는 배압저감장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 일단부가 연소기관에 연결되며 타단부에 형성된 확장부를 통해 배기가스를 배출하는 배기파이프와; 내벽이 상기 확장부와 이격되도록 상기 배기파이프의 타단부가 삽입되는 배압파이프와; 상기 배기파이프와 상기 배압파이프가 상호 연결되는 부분에 형성되며, 압축공기를 상기 배압파이프로 주입하는 압축공기 주입부를 포함하는 배압저감장치가 제공된다.

상기 확장부의 직경은 배기가스의 배출방향을 기준으로 선단에서 후단으로 갈수록 확장될 수 있다.

상기 배압저감장치는, 상기 확장부에 설치되어 압축공기의 유동방향을 가이드하는 회전유도 가이드부를 더 포함할 수 있다.

상기 회전유도 가이드부는 상기 확장부를 측면에서 볼 때 상기 확장부의 외주면을 따라 사선 형태로 배치될 수 있다.

상기 배압파이프의 내벽과 상기 확장부의 외벽 사이에 형성된 유로를 통해 공급된 압축공기를 이용하여 상기 배기파이프의 상류 측의 배기가스를 상기 배압파이프의 하류 측으로 흡입 유도할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체와; 상기 선체의 배기계에 설치되는 배압저감장치를 포함하는 선박이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 배기관 내 배기가스의 배출 성능을 향상시키며 이를 통해 배기관 내의 배압을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배압저감장치를 포함하는 선박용 배기계를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배압저감장치를 개략적으로 나타낸 사시도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 배압저감장치 및 이를 포함하는 선박의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배압저감장치를 포함하는 선박용 배기계를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배압저감장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

이하, 본 실시예에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배압저감장치(100)가 선박용 연소기관의 배기계에 적용된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 이외에도, 본 실시예에 따른 배압저감장치(100)가 차량의 내연기관(예를 들어, 디젤엔진 등)의 배기계 등에 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박은, 선체(미도시)와 이러한 선체의 배기계에 설치되어 선박용 내연기관이나 보일러 등과 같은 연소기관의 배기가스 배출을 도울 수 있으며 배기관 내 높은 배압(back pressure, 대기압 이상의 압력)을 저감할 수 있는 배압저감장치(100)를 포함할 수 있다.

배압저감장치(100)는, 배기가스를 외부로 배출 유도하는 배기계에 설치되어 배압을 낮출 수 있는 장치로서, 일단부가 연소기관(10)에 연결되며 타단부에 형성된 확장부(112)를 통해 배기가스를 배출하는 배기파이프(110)와, 내벽이 확장부(112)와 이격되도록 내부에 배기파이프(110)의 타단부가 삽입되는 배압파이프(120)와, 배기가스의 배출방향을 기준으로 배압파이프(120)의 선단부에 형성되는 압축공기 주입부(130)를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 배압파이프(120)의 내벽이 확장부(112)의 외벽과 이격되도록 배기파이프(110)와 배압파이프(120)가 상호 연결됨으로써 압축공기의 유로(132)를 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 유로(132)를 통해 외부로부터 공급된 압축공기를 압축 가압하여 배압파이프(120) 내로 빠른 속도로 주입함으로써 배기가스의 배출 성능을 향상시킬 수 있으며 이를 통해 배기관 내의 배압을 낮출 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 배압저감장치(100)를 이용하여 배기관 내의 배압을 낮출 수 있음으로 인해, 배기가스 후처리 장치나 폐열 회수장치와 같은 부가장치를 배기계에 설치할 때 이들 부가장치로 인해 배압이 증가하여 배기가스의 배출이 용이하지 못한 문제나 이러한 배압증가로 인해 연소기관의 출력이 떨어지는 문제 등을 동시에 해결할 수 있다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 배압저감장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

참고로, 이하 본 실시예에서는 배압저감장치(100)가 도 1에 도시된 바와 같이 배기가스 후처리 장치나 폐열 회수장치 등과 같은 부가장치(20)의 하류 측에 설치된 경우를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 배압저감장치(100)는 부가장치(20)의 상류 측에 설치될 수도 있다.

배기파이프(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 그 일단부가 연소기관(10)에 연결되어 연소기관(10)에서 발생하는 연소가스(즉, 배기가스)를 공급받을 수 있으며, 그 타단부에는 확장부(112)가 형성되어 배기가스를 후술할 배압파이프(120)로 배출할 수 있다.

여기서, 확장부(112)는 배기파이프(110)의 타단부를 형성하는 부재이다. 도 2에 예시된 바와 같이 확장부(112)는 배기가스의 배출방향(도 2를 기준으로 하측에서 상측방향)을 기준으로 그 선단에서 후단으로 갈수록 직경(횡단면의 지름)이 확장되게 형성될 수 있다.

이와 같이 배기가스의 배출방향을 기준으로 확장부(112)의 직경이 선단에서 후단으로 갈수록 점진적으로 확장함에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 배압파이프(120)의 내벽과 확장부(112)의 외벽 사이에 형성된 압축공기 유로(132)의 폭이 이에 상응하여 점진적으로 좁아질 수 있다.

이렇게 좁아진 유로(132)의 폭을 통해 압축공기를 배압파이프(120) 내로 주입함으로써 압축공기를 압축 가압하는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 확장부(112)를 이용하여 압축공기를 추가로 가압함으로써, 배압파이프(120) 내로 주입되는 압축공기의 배출속도가 한층 더 빨라질 수 있다.

이와 같이 확장부(112)를 이용하여 압축공기의 배출속도가 높임으로써, 배기가스의 배출방향을 기준으로 하류 측에 위치한 배압파이프(120) 내에 부압(negative pressure, 대기압 이하의 압력)을 형성할 수 있다.

즉, '베르누이의 정리'에 따라 유체의 속도가 빠르면 압력이 낮아지는 원리를 이용하여, 유로(132)를 통해 빠른 유속으로 공급되는 압축공기를 이용하여 배압파이프(120) 내에 보다 강력한 부압을 형성함으로써, 배기가스의 배출방향을 기준으로 배기파이프(110)의 상류 측의 배기가스를 배압파이프(120)의 하류 측으로 흡입 유도할 수 있다.

즉, 배압파이프(120)의 내부를 상대적으로 저압의 상태로 유지함으로써, 상대적으로 고압 상태를 유지하고 있는 배기파이프(110)의 상류 측의 배기가스를 배압파이프(120)의 하류 측으로 빨아들이는 흡입력으로 작용할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 배압저감장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 후술할 압축공기 주입부(130)를 통해 공급된 압축공기의 유동방향을 가이드할 수 있도록, 확장부(112)의 외주면 상에 형성되는 회전유도 가이드부(114)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 경우, 회전유도 가이드부(114)는 도 2에 도시된 바와 같이 확장부(112)를 측면에서 볼 때 확장부(114)의 외주면을 따라 복수 개가 일렬로 사선 형태로 형성될 수 있다.

이와 같이 회전유도 가이드부(114)가 확장부(112)의 외주면을 따라 사선 형태로 형성됨에 따라, 후술할 압축공기 주입부(130)를 통해 주입된 압축공기는 유로(132) 상에 형성된 회전유도 가이드부(114)에 의해 압축공기의 유동이 나선형으로 회전유도될 수 있다.

이렇게 유동흐름이 나선형으로 회전유도된 압축공기는 배압파이프(120) 내를 나선형으로 회전하며 유동할 수 있다. 즉, 유로(132)를 통해 배압파이프(120) 내로 주입된 압축공기가 배압파이프(120)의 내측면 길이방향을 따라 나선형으로 회전하면서 전체적으로는 원주형 소용돌이 유동을 형성할 수 있다.

이와 같이, 회전유도 가이드부(114)를 통해 안내되어 유입된 빠른 속도의 압축공기가 원주형 소용돌이 유동을 일으킴으로써, 배압파이프(120) 내에 선회가 발생되어 배기관 내의 배기가스의 배출속도를 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 배기관 내 배기압력(즉, 배압)을 저감시킬 수 있다.

한편, 배압파이프(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 내벽(내측면)이 확장부(112)와 이격되도록 배기파이프(110)의 타단부, 즉 확장부(112)와 오버랩되게 결합될 수 있다. 이 경우, 배기파이프(110)의 타단부를 형성하는 확장부(112)는 배압파이프(120) 내로 삽입되게 결합될 수 있다.

본 실시예의 경우는 배기파이프(110)의 타단부가 배압파이프(120)에 삽입될 수 있도록 배기파이프(110)의 직경이 배압파이프(120)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 이외에도, 배기파이프(110)와 배압파이프(120) 간의 결합은 유로(132)가 형성되도록 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이렇게 배압파이프(120)와 배기파이프(110)가 상호 연결되는 부분에는 외부로부터 공급된 압축공기를 배압파이프(120) 내로 주입하기 위한 압축공기 주입부(130)가 형성될 수 있다.

압축공기 주입부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배기파이프(110)의 타단부와 배압파이프(120)의 선단부 사이에 이격되게 형성된 압축공기의 유로(132)와, 압축공기를 유로(132)로 공급하는 압축공기 공급라인(134)를 포함할 수 있다.

본 실시예의 경우는 선체의 동력장치 등에서 제공한 압축공기를 유로(132)로 공급하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 예를 들어 공기를 가압하는 압력펌프 등을 이용하여 외기를 압축하여 유로(132)로 공급할 수도 있다. 이외에도 다양한 형태로 압축공기를 유로(132)로 공급할 수 있다.

이와 같이 외부로부터 제공된 압축공기를 도 2에 도시된 바와 같이 배압파이프(120)의 내벽과 확장부(112)의 외벽 사이에 형성된 유로(132)를 통해 압축 가압하여 배압파이프(120) 내로 빠른 속도로 주입함으로써, 앞서도 상술한 바와 같이 배압파이프(120) 내에 부압을 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 부압은 배기가스의 배출방향을 기준으로 배기파이프(110)의 상류 측의 배기가스를 배압파이프(120)의 하류 측으로 흡입 유도할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 배압파이프(120)의 내벽이 확장부(112)의 외벽과 이격되도록 배기파이프(110)와 배압파이프(120)가 상호 연결됨으로써 압축공기의 유로(132)를 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 유로(132)를 통해 외부로부터 공급된 압축공기를 압축 가압하여 배압파이프(120) 내로 빠른 속도로 주입함으로써 배기가스의 배출 성능을 향상시킬 수 있으며 이를 통해 배기관 내의 배압을 낮출 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 배압저감장치(100)를 이용하여 배기관 내의 배압을 낮출 수 있음으로 인해, 배기가스 후처리 장치나 폐열 회수장치와 같은 부가장치를 배기계에 설치할 때 이들 부가장치로 인해 배압이 증가하여 배기가스의 배출이 용이하지 못한 문제나 이러한 배압증가로 인해 연소기관의 출력이 떨어지는 문제 등을 동시에 해결할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 연소기관 20: 부가장치
100: 배압저감장치 110: 배기파이프
112: 확장부 114: 회전유도 가이드부
120: 배압파이프 130: 압축공기 주입부
132: 유로 134: 압축공기 공급라인

Claims (6)

1. 일단부가 연소기관에 연결되며 타단부에 형성된 확장부를 통해 배기가스를 배출하는 배기파이프와;
   내벽이 상기 확장부와 이격되도록 상기 배기파이프의 타단부가 삽입되는 배압파이프와;
   상기 배기파이프와 상기 배압파이프가 상호 연결되는 부분에 형성되며, 압축공기를 상기 배압파이프로 주입하는 압축공기 주입부를 포함하는, 배압저감장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 확장부의 직경은 배기가스의 배출방향을 기준으로 선단에서 후단으로 갈수록 확장되는, 배압저감장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 확장부에 설치되어 압축공기의 유동방향을 가이드하는 회전유도 가이드부를 더 포함하는, 배압저감장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 회전유도 가이드부는 상기 확장부를 측면에서 볼 때 상기 확장부의 외주면을 따라 사선 형태로 배치되는, 배압저감장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 배압파이프의 내벽과 상기 확장부의 외벽 사이에 형성된 유로를 통해 공급된 압축공기를 이용하여 상기 배기파이프의 상류 측의 배기가스를 상기 배압파이프의 하류 측으로 흡입 유도하는, 배압저감장치.
6. 선체와;
   상기 선체의 배기계에 설치되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 배압저감장치를 포함하는, 선박.

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