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KR101476270B1 - 축열식 연소 설비 - Google Patents

축열식 연소 설비 Download PDF

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KR101476270B1
KR101476270B1 KR1020130053952A KR20130053952A KR101476270B1 KR 101476270 B1 KR101476270 B1 KR 101476270B1 KR 1020130053952 A KR1020130053952 A KR 1020130053952A KR 20130053952 A KR20130053952 A KR 20130053952A KR 101476270 B1 KR101476270 B1 KR 101476270B1
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heat exchange
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process gas
heat
rotor
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KR1020130053952A
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이현재
이승길
백승배
김수룡
권우택
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주식회사 엔바이온
한국세라믹기술원
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Abstract

본 발명은 축열식 연소 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환층에 흡착되는 오염 물질을 제거하여 열교환층을 효과적으로 재생할 수 있는 축열식 연소 설비에 관한 것이다. 본 발명은 외부로부터 유입되는 공정 가스를 연소하는 연소챔버, 상기 연소챔버와 접하며 둘 이상의 영역으로 분리되어 상기 공정 가스와 열교환하는 열교환층을 포함하는 축열식 연소 설비에 있어서, 상기 열교환층은 유전 물질을 포함하고, 상기 열교환층을 마이크로파 가열하는 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 열교환층에 흡착되는 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등의 오염 물질을 마이크로파 가열에 의해 산화시키므로 열교환층을 효과적으로 재생할 수 있고, 이에 따라 축열식 연소 설비의 원활한 운전이 가능해지는 효과를 갖는다.

Description

축열식 연소 설비 {Regenerative Thermal Oxidizer}
본 발명은 축열식 연소 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환층에 흡착되는 오염 물질을 제거하여 열교환층을 효과적으로 재생할 수 있는 축열식 연소 설비에 관한 것이다.
산업 현장에서 공정 가스로 발생하는 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound)을 포함하는 유해 가스를 산화시켜 대기로 방출하는 연소 설비에는 다양한 형태가 있으나, 연소 후 방출 가스가 갖는 높은 열에너지로 공급 가스를 예열하는 방식의 축열식 연소 설비가 에너지 절감 측면 및 유해 가스 제거 효율 측면에서 유리하다는 것은 주지의 사실이며, 종래 기술로써 대한민국 등록실용 제20-0254429호(2002. 02. 28 공고)이 존재한다.
도 1은 종래의 축열식 연소 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 유입구(I)를 통하여 유입된 공정 가스는 축열부(2)를 통과하면서 연소 온도까지 예열되고, 공정 가스에 포함된 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등은 산화되기 시작하여 연소 장치(4)를 구비한 연소 챔버(3)에서 적정한 체류기간 동안 연소된다.
연소된 공정 가스는 다시 회수부(3)를 통과하면서 상기 회수부(3)를 축열시킨 후 배출구(O)를 통하여 대기 중으로 배출되며, 열에너지의 효율적 활용을 위해상기 공정 가스의 경우 일정 시간 간격으로 유입구(I) 및 배출구(O)에 교대로 유입될 수 있다.
그러나, 종래의 축열식 연소 설비의 경우 유입구(I) 및 배출구(O)에 교대로 유입되는 상기 공정 가스 중에 포함되어 있는 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등이 축열부(2) 및 회수부(3)에 포함된 축열재의 표면에 흡착되는 현상이 발생하며, 이로 인해 축열재층이 막히는 경우 축열식 연소 설비의 운전 자체가 불가능해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 열교환층에 흡착되는 오염 물질을 마이크로파 가열에 의해 제거하여 열교환층을 효과적으로 재생할 수 있는 축열식 연소 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축열식 연소 설비는 외부로부터 유입되는 공정 가스를 연소하는 연소챔버, 상기 연소챔버와 접하며 둘 이상의 영역으로 분리되어 상기 공정 가스와 열교환하는 열교환층을 포함하는 축열식 연소 설비에 있어서, 상기 열교환층은 유전 물질을 포함하고, 상기 열교환층을 마이크로파 가열하는 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정 가스의 유입 방향을 조절하는 가스 조절 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환층은 상기 유입된 공정 가스를 예열시키는 제1 열교환 영역, 및 상기 연소 챔버를 통과한 공정 가스로부터 열을 회수하는 제2 열교환 영역을 포함하고, 상기 제1 열교환 영역은 상기 가스 조절 수단의 동작에 의해 상기 연소 챔버를 통과한 후 유입되는 공정 가스로부터 열을 회수하고, 상기 제2 열교환 영역은 상기 가스 조절 수단의 동작에 의해 외부로부터 유입되는 공정 가스를 예열시킬 수 있다.
또한, 상기 열교환층은 코디어라이트, 알루미나, 및 뮬라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환층은 유전율 10이상인 SiC, TiO2, ZnO, CuO, NiO, V2O5, Ferrite, Graphite, Zn02, 및 SiH2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환층은 코디어라이트, 알루미나, 및 뮬라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질에 SiC, TiO2, ZnO, CuO, NiO, V2O5, Ferrite, Graphite, Zn02, 및 SiH2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 코팅될 수 있다.
또한, 상기 열교환층과 상기 연소 챔버 사이에 구비되는 촉매층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 축열식 연소 설비는 외부로부터 유입되는 공정 가스를 연소하는 연소챔버, 상기 연소챔버와 접하며 둘 이상의 영역으로 분리되어 상기 공정 가스와 열교환하는 열교환층, 및 상기 연소챔버에 상기 공정 가스를 공급하거나 배출하기 위한 공정 가스의 유동 경로를 제공하는 로터형 분배 기구를 포함하는 축열식 연소 설비에 있어서, 상기 열교환층의 적어도 하나 이상의 영역을 마이크로파 가열하는 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열 수단은 상기 열교환층 각 영역의 하부에 구비될 수 있다.
또한, 상기 가열 수단은 상기 로터형 분배 기구 하부에 구비되며, 상기 가열 수단으로부터 공급되는 마이크로파가 상기 로터형 분배 기구 하부에 결합되는 회전축의 중공 및 상기 로터형 분배 기구의 내부를 도파 경로로 하여 상기 열교환층의 미리 결정된 영역을 마이크로파 가열할 수 있다.
본 발명에 의하면 축열재에 흡착되는 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등의 오염 물질을 마이크로파 가열에 의해 산화시키므로 축열재를 효과적으로 재생할 수 있고, 이에 따라 축열식 연소 설비의 원활한 운전이 가능해지는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 축열식 연소 설비를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2의 열교환층의 단면도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 개략적으로 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 도 5의 축열층 및 분배기구 구조의 일례를 도시한 도면, 및
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 대략적으로 개시한 도면, 및
도 9 및 도 10은 퍼지 영역의 선별적 가열을 위한 도파 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 개념적으로 도시한 도면이다. 도시 편의상 도면은 설비의 단면을 기준으로 작성하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 축열식 연소 설비(10)는 열교환층(20), 연소 챔버(30), 가열 수단(50), 및 가스 조절 수단(60)을 포함한다.
열교환층(20)은 외부로부터 유입되는 공정 가스를 연소하는 연소 챔버(30)와 접하며 둘 이상의 영역으로 구분되어 상기 공정 가스와 열교환한다.
이때, 상기 열교환층은 유입구(I)를 통하여 유입되는 공정 가스를 예열시키는 제1 열교환 영역(22) 및 연소 챔버(30)를 통과한 공정 가스로부터 열을 회수하는 제2 열교환 영역(24)을 포함할 수 있다.
또한, 연소 챔버(30)는 상기 제1 열교환 영역을 통과한 공정 가스를 연소시키기 위한 연소 장치(32)를 구비할 수 있고, 상기 연소 장치는 버너 또는 전기 히터일 수 있으며, 상기 제2 열교환 영역을 통과한 공정 가스는 배출구(O)로 배출된 후 송풍팬(70)에 의해 대기 중으로 배출될 수 있다.
가열 수단(50)은 상기 열교환층의 각 영역(다시 말해서, 상기 제1 열교환 영역 및 제2 열교환 영역)을 마이크로파 가열한다. 이때, 가열 수단(50)은 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 공급 수단(예를 들어, 마그네트론)을 포함할 수 있고, 상기 마이크로파의 경우 가열 수단(50)과 제1 열교환 영역(22)사이 및 가열 수단(50)과 제2 열교환 영역(24) 사이에 각각 구비되는 도파관(52)를 통하여 제1 열교환 영역(22) 및 제2 열교환 영역(24) 측으로 조사될 수 있다.
또한, 상기 열교환층의 경우 상기 마이크로파를 흡수하는 유전 물질을 포함할 수 있으며, 상기 열교환층의 상세 구성은 이하 도 3을 참조하여 후술한다.
본 발명의 축열식 연소 설비(10)는 상기 열교환층의 각 영역을 각각 마이크로파 가열하는 가열 수단(50)에 의해 상기 열교환층의 각 영역의 표면 온도를 최대 800°C 까지 상승시키게 된다. 이 경우 공정 가스의 통과 과정에서 상기 제1 열교환 영역 및 상기 제2 열교환 영역에 흡착되는 오염 물질(예를 들어, 친수성 악취, 휘발성 유기화합물, 및 고비점 화합물 등)이 산화되므로 상기 제1 열교환 영역 및 상기 제2 열교환 영역을 효과적으로 재생할 수 있는 장점을 갖는다.
가스 조절 수단(60)은 상기 공정 가스의 유입 방향을 조절하며, 이에 따라 상기 공정 가스의 경우 유입구(I), 제1 열교환 영역(22), 연소 챔버(30), 제2 축열부(40), 및 배출구(O)를 통과한 후 송풍팬(70)을 통하여 외부로 배출되거나(도 2의 ①) 또는 배출구(O), 제2 열교환 영역(24), 연소 챔버(30), 제1 열교환 영역(22), 및 유입구(I)를 통과한 후 송풍팬(70)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.(도 2의 ②)
이때, 가스 조절 수단(60)은 상기 공정 가스의 유입 방향을 조절할 수 있는 방향 조절 밸브일 수 있고, 상기 공정 가스 유입 방향의 경우 미리 결정된 시간 간격으로 조절되거나 또는 상기 제1 열교환 영역 및 제2 열교환 영역 측에 각각 구비되는 온도 센서(도시하지 않음)에서 감지되는 온도에 따라 조절될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 경우 가스 조절 수단(60)의 동작에 의해 상기 공정 가스의 유입 방향이 조절될 수 있다.
도 3은 도 2의 열교환층의 단면도이다. 전술한 바와 같이 공정 가스와 열교환하는 열교환층의 경우 마이크로파를 흡수하는 유전 물질로 유전율이 10이상인 SiC, TiO2, ZnO, CuO, NiO, V2O5, Ferrite, Graphite, Zn02, 및 SiH2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질 외에 공정 가스로부터 열을 축적하기 위한 축열재로 코디어라이트, 알루미나, 및 뮬라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환층은 코디어라이트, 알루미나, 및 뮬라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질에 SiC, TiO2, ZnO, CuO, NiO, V2O5, Ferrite, Graphite, Zn02, 및 SiH2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 코팅될 수도 있다.
이를 위해 상기 열교환층의 경우 상기 유전 물질 중 적어도 하나 이상의 물질과 알루미나졸, 실리카졸, 티타니아졸, 및 지르코니아졸 중 적어도 하나 이상의 물질, 및 점토질 성분을 혼합하여 제조된 슬러리 용액을 상기 축열재 표면에 코팅한 후 상온 내지 300°C에서 장시간 건조하여 상기 슬러리 용액이 상기 축열재 표면에 균일하게 코팅되도록 함과 동시에 상기 슬러리 용액이 상기 축열재 표면으로부터 벗겨져 나오는 것을 최대한 방지하고, 최종적으로 300°C 내지 1600°C 에서 열처리하는 방식으로 제조될 수 있다.
이때, 상기 슬러리 용액에 실리카졸이 포함된 경우 상기 열처리는 300°C 내지 500°C에서 이루어질 수 있다.
또한, 이와 달리 상기 열교환층의 경우 유전 가열 특성을 가지며 열전도도 및 내화학성이 우수한 SiC를 주성분으로 하고 상기 SiC에 상기 유전 물질 및 소결 조제를 혼합하여 이를 압출 성형한 후 300°C 내지 1600°C 에서 열처리하는 방식으로 제조될 수도 있다.
상기 축열재 표면에 상기 유전 물질을 코팅하는 방식으로 제조된 열교환층의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 상기 축열재 내부에 형성되는 복수 개의 셀(C)의 표면에 유전 물질(G)이 코팅될 수 있다. 이때, 상기 유전 물질의 두께는 50μm 내지 3mm일 수 있는데, 보다 바람직하게는 상기 열교환층의 압력 손실을 고려하여 상기 복수 개의 셀의 외벽(W) 두께의 30% 미만이 되도록 할 수 있다.
또한, 상기 축열재에 상기 유전 물질을 코팅하는 방식으로 제조되는 상기 열교환층의 제조예는 다음과 같다.
<제조예 1>
총중량 100중량부 중 16.7 중량부의 SiC 분말, 4.1 중량부의 SiO2(15% 수용액졸), 및 79.2 중량부의 물을 혼합하고 강제 교반에 의해 분산된 슬러리를 제조한 후 제조된 슬러리에 43 셀(cell)을 갖는 코디어라이트 축열재를 함침시켰다.
이때, 상기 축열재에 함침되는 슬러리가 상기 축열재의 셀 입구를 막지 않도록 하기 위해 과잉된 슬러리를 공기로 탈리시키고, 상기 슬러리가 코팅된 축열재를 120°C에서 30분 건조한 후 400°C에서 3시간 열처리한다.
<제조예 2>
총중량 100중량부 중 16.7 중량부의 SiC 분말, 5 중량부의 Al2O3졸(20% 수용액졸), 및 78.3 중량부의 물을 혼합하고 강제 교반에 의해 분산된 슬러리를 제조한 후 제조된 슬러리에 43셀(cell)을 갖는 코디어라이트 축열재를 함침시켰다.
이때, 상기 축열재에 함침되는 슬러리가 상기 축열재의 셀 입구를 막지 않도록 하기 위해 과잉된 슬러리를 공기로 탈리시키고, 상기 슬러리가 코팅된 축열재를 120°C에서 30분 건조한 후 600°C에서 3시간 열처리한다.
<제조예 3>
총중량 100중량부 중 12 중량부의 SiC 분말, 5 중량부의 티타니아 분말, 5중량부의 Al2O3졸(20% 수용액졸), 및 78.3 중량부의 물을 혼합하고 강제 교반에 의해 분산된 슬러리를 제조한 후 제조된 슬러리에 43셀(cell)을 갖는 코디어라이트 축열재를 함침시켰다.
이때, 상기 축열재에 함침되는 슬러리가 상기 축열재의 셀 입구를 막지 않게끔 과잉된 슬러리를 공기로 탈리시키고, 상기 슬러리가 코팅된 축열재를 120°C에서 30분 건조한 후 600°C에서 3시간 열처리한다.
또한, 2.45GHz의 마이크로파를 각 제조예에 따라 제조된 상기 제1 축열부에 1분 및 5분 조사한 후 상기 제1 축열부의 표면 온도를 측정한 결과는 아래의 표 1과 같다.
마이크로파
조사 시간		 표면 온도(°C)
제조예 1 제조예 2 제조예 3 기존 축열재
1분 150 162 182 40
5분 494 520 633 90
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 기존 축열재에 비해 제1 축열부의 경우 마이크로파 가열에 따라 표면 온도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 제조예 3에 따라 제조된 제1 축열부의 경우 표면 온도 상승폭이 최대가 되는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 대략적으로 개시한 도면이다. 도시 편의상 도면은 설비의 단면을 기준으로 작성하였다.
도 4에 도시된 바와 같이 축열식 연소 설비는 열교환층(20) 및 연소 챔버(30)사이(다시 말해서, 제1 열교환 영역(22)과 연소 챔버(30) 사이 및 제2 열교환 영역(24)과 연소 챔버(30)사이)에 구비되는 촉매층(80)을 더 포함한다.
이때, 상기 촉매층은 상기 열교환층에 흡착되는 오염 물질의 산화 촉진을 위해 활성도가 높은 백금, 로듐, 및 팔라듐으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질, 또는 3족 내지 12족의 전이 금속인 티타늄, 바나듐, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 이연, 몰리브덴, 은, 텅스텐, 또는 금으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 경우 촉매층(80)에 의해 상기 열교환층에 흡착된 오염 물질이 산화되는 온도를 낮출 수 있게 되며, 이에 따라 가열 수단(50)의 마이크로파 가열에 의해 상기 열교환층의 표면 온도를 250°C 내지 500°C 까지만 상승시키더라도 상기 오염 물질이 산화될 수 있는 장점을 갖는다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 대략적으로 개시한도면, 도 6 및 도 7은 도 5의 축열층 및 분배기구 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 축열식 연소 설비(100)의 경우 유입구(150)로 유입되는 공정 가스가 분배 기구(120)로 사용되는 회전형 로터를 통해 열교환층(110)으로 분배된다. 공정 가스는 열교환층(110)을 통과하여 예열된 후 연소 챔버(130)에서 연소된다. 연소된 공정 가스는 다시 열교환층(110)을 통과하면서 열교환에 의해 열교환층(110)을 승온시킨다.
이어서, 공정 가스는 상기 회전형 로터를 통해 배출구(160)로 배출된다. 상기 회전형 로터는 소정의 속도로 회전하면서 공정 가스를 열교환층(110)에 분배한다. 이에 따라, 열교환층(110)은 공정 가스를 예열하거나 연소 후 배출되는 공정 가스로부터 에너지를 저장하게 된다.
이때, 열교환층(110)은 공정 가스로부터 열을 축적하는 축열재 및 마이크로파를 흡수하는 유전 물질을 포함할 수 있고 둘 이상의 영역으로 구분될 수 있다.
가열 수단(140)은 상기 열교환층의 각 영역 하부에 구비되어 상기 각 영역을 마이크로파 가열하고, 상기 마이크로파 가열에 의해 상기 각 영역의 표면 온도가 최대 800°C까지 상승하게 되므로 상기 공정 가스의 통과 과정에서 상기 각 영역에 흡착되는 오염 물질이 산화될 수 있다.
이때, 상기 가열 수단은 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 공급 수단(예를 들어, 마그네트론)을 포함할 수 있고, 상기 마이크로파의 경우 상기 가열 수단과 상기 각 영역 사이에 구비되는 도파관(142)를 통하여 상기 각각의 영역 측으로 조사될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면 열교환층(110)은 분리판(114)에 의해 분리된 둘 이상의 영역(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f)으로 구분된다. 열교환층(110)의 하단에는 상기 축열층의 소정의 분리된 유입 영역으로 공정 가스를 유입하고 상기 축열층의 다른 소정의 분리된 배출 영역으로부터 배출되는 공정 가스를 배출하기 위한 분배 기구(120) 예컨대 회전형 로터가 설치되어 있다.
상기 회전형 로터는 회전축을 중심으로 회전하며, 공정 가스의 유입 및 배출을 위한 분리된 둘 이상의 채널을 구비하고 있다. 분리판(114)은 상기 열교환층을 분리할 뿐만 아니라 상기 회전형 로터까지 연장하여 상기 회전형 로터로부터 유입되는 공정 가스가 상기 열교환층의 유입 영역으로 유입되게 하고, 상기 열교환층의 배출 영역으로부터 유출되는 공정 가스가 상기 회전형 로터를 통과하여 배출구로 배출되게 한다.
도 6의 참조번호 A는 처리가스의 경로를 나타낸 지시선이다. 회전형 로터로 유입된 처리가스는 로터의 채널(예컨데, 홈; 도시하지 않음)을 통해 상기 축열층의 유입 영역으로 유입되어, 연소챔버에서 연소된 후 다시 열교환층의 배출 영역을 통과하여 로터의 채널(도시하지 않음)을 통해 배출구로 배출된다.
도 7은 도 6의 열교환층의 각 영역을 평면적으로 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 상기 열교환층은 복수의 유입 영역(I1, I2)과 복수의 배출 영역(O1, O2, O3)으로 분리되어 있다. 상기 복수의 유입 영역은 공정 가스를 유입하고 축열된 열로 상기 공정 가스를 예열하는 구간이다.
또한, 상기 복수의 배출 영역은 연소된 고온의 공정 가스와 열교환하여 축열하는 구간이다. 또한, 부가적으로 상기 열교환층은 퍼지 영역(P)을 구비할 수 있다. 상기 퍼지 영역은 해당 열교환층 영역이 상기 로터의 회전에 의해 배출 영역에서 유입 영역으로 변화하기 전에 흡착된 가스를 퍼징하는 구간이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 축열식 연소 설비를 대략적으로 개시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 축열식 연소 설비(200)에는 열교환층의 퍼지 영역을 선별적으로 마이크로파 가열하기 위한 마이크로파 가열 수단(270)이 구비된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 퍼지 영역을 가열 수단(270)에 의해 마이크로파 가열하기 위한 상세 구성은 이하 도 9 및 도 10을 참조하여 후술한다.
도 9 및 도 10은 퍼지 영역의 선별적 가열을 위한 도파 구조를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 9은 본 실시예의 분배 기구를 예시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 분배 기구(220)는 중간판(227)에 의해 상하로 내부 공간이 분리된 실린더 구조로서 상측 및 하측의 측면에는 각각 제1 측면 개공부(225a) 및 제2 측면 개공부(225b)가 형성되어 있다. 또한, 분배 기구(220)의 상면 및 하면에는 각각 상면 개공부(223) 및 하면 개공부(228)가 형성되어 있다. 상기 개공부들(223, 225a, 225b, 228)은 공정 가스의 유입 유출 경로를 형성한다. 상기 분배 기구의 회전 동작을 고려할 때 상기 제1 측면 개공부 및 상기 제2 측면 개공부는 상기 분배 기구의 회전축(230)을 중심으로 평면적으로 대칭되는 위치에 형성된다. 상기 회전축은 상기 분배 기구의 중간판(227)에 연결되어 있다.
이에 따라, 유입구(260)를 통하여 연소 설비(200)내로 유입된 공정 가스는 분배 기구(220)의 하면 개공부(228) 및 제2 측면 개공부(225b)를 통해 열교환층(210)을 통과하여 연소 챔버(250)에서 연소되고, 다시 열교환층(210)을 통과한 후 분배 기구(220)의 제1 측면 개공부(225a) 및 상면 개공부(223)를 통과하여 배출구(290)를 통해 배출될 수 있게 된다.
또한, 분배 기구(220)는 상기 퍼지 영역에 퍼지 공기를 공급하기 위한 추가적인 개공부(225c)를 더 포함할 수 있다. 또한, 회전축(230)에는 상기 추가적인 개공부와 대향하도록 형성되어 퍼지 공기를 상기 퍼지 영역으로 도입하기 위한 제1 유입구(236a)가 구비된다.
본 발명에서 상기 개공부(225c) 및 상기 제1 유입구(236a)는 퍼지 공기의 도입에 관여하는 외에도 마이크로파를 상기 퍼지 영역으로 도입하기 위한 도파 경로로도 작용한다. 이하 이를 상세히 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 발명에서 상기 회전축(230)의 둘레에는 가열 수단(270)과의 연결을 위한 도파 케이싱(240)이 설치된다.
상기 도파 케이싱(240)은 상기 회전축(230)의 일부 둘레에 설치되고 일측이 가열 수단(270)과 연결되며, 타측이 퍼지팬(280)과 연결된다. 부가적으로 상기 도파 케이싱(240)과 상기 회전축(230)의 접촉면은 오링(도시하지 않음)에 의해 실링 처리될 수 있다.
또한, 상기 가열 수단(270)으로부터 공급되는 마이크로파가 상기 회전축(230)의 중공을 통하여 상기 추가적인 개공부(225c)로 유입될 수 있도록, 상기 회전축(230)의 일부 둘레에는 복수 개의 제2 유입구(232a, 234b)가 구비된다.
도 9 및 도 10을 참조하여 가열 수단(270)으로부터 공급되는 상기 마이크로파가 상기 퍼지 영역으로 도입되는 상세 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 도파 케이싱(240)의 일측에 연결되는 가열 수단(270)으로부터 공급되는 마이크로파는 도파관(272)을 통하여 상기 도파 케이싱(240) 내부로 유입된다. 이어서, 상기 제2 유입구(232a, 234b)를 통과하여 회전축(230) 중공으로 유입된다. 그리고, 상기 제1 유입구(236a) 및 상기 추가적인 개공부(225c)를 통과하여 상기 퍼지 영역으로 도입될 수 있다.
부가적으로, 상기 도파 케이싱(240)의 타측에 연결된 퍼지팬(280)으로부터 공급되는 퍼지 공기의 경우에도 상기 도파 케이싱(240)으로 내부로 유입된 후 상기 제2 유입구(232a, 234b)를 통과하여 회전축(230) 중공으로 유입된다. 이어서, 상기 제1 유입구(236a) 및 상기 추가적인 개공부(225c)를 통과하여 상기 퍼지 영역으로 도입될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(10, 100, 200) : 축열식 연소 설비 (20, 110, 210) : 열교환층
(22) : 제1 열교환 영역 (24) : 제2 열교환 영역
(30, 130, 250) : 연소 챔버 (32, 132, 252) : 연소 장치
(50, 140, 270) : 가열 수단 (52, 142, 272) : 도파관
(60) : 가스 조절 수단 (70) : 송풍팬
(80) : 촉매층 (114) : 분리판
(120, 220) : 분배 기구 (150, 260) : 유입구
(160, 290) : 배출구 (240) : 도파 케이싱
(280) : 퍼지팬

Claims (10)

  1. 외부로부터 유입되는 공정 가스를 연소하는 연소챔버, 상기 연소챔버와 접하며 둘 이상의 영역으로 분리되어 상기 공정 가스와 열교환하는 열교환층, 및 상기 연소챔버에 상기 공정 가스를 공급하거나 배출하기 위한 공정 가스의 유동 경로를 제공하는 로터형 분배 기구를 포함하는 축열식 연소 설비에 있어서,
    상기 열교환층은 유전 물질을 포함하고,
    상기 로터형 분배 기구를 도파 경로로 하여 상기 열교환층의 미리 결정된 영역을 마이크로파 가열하는 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환층은 코디어라이트, 알루미나, 및 뮬라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환층은 유전율 10이상인 SiC, TiO2, ZnO, CuO, NiO, V2O5, Ferrite, Graphite, Zn02, 및 SiH2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환층은 코디어라이트, 알루미나, 및 뮬라이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질에 SiC, TiO2, ZnO, CuO, NiO, V2O5, Ferrite, Graphite, Zn02, 및 SiH2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 수단은 상기 로터형 분배 기구 하부에 구비되며, 상기 가열 수단으로부터 공급되는 마이크로파가 상기 로터형 분배 기구 하부에 결합되는 회전축 의 중공 및 상기 로터형 분배 기구의 내부를 도파 경로로 하여 상기 열교환층의 미리 결정된 영역을 마이크로파 가열하는 것을 특징으로 하는 축열식 연소 설비.
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