KR20050050018A - 축열 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석유화학 업체, 도장업체, 쓰레기 소각로, 보일러, 각종 공장 및 자동차 등에서 발생하는 배기가스 중에 포함된 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound)이 혼합된 유해가스를 정화하는 축열 연소장치에 관한 것이다.

본 발명의 축열 연소장치는 일측 끝단에 휘발성 유기화합물질 가스 흡입구가 구비되고, 타측 끝단에 상기 휘발성 유기화합물질 가스 배출구가 구비된 내통, 상기 내통의 내부에 삽입되고, 상기 휘발성 유기화합물질 가스가 유동되는 소정의 직경을 가지는 두 개 이상의 구멍이 형성되며, 산화촉매제가 도포된 두 개 이상의 흡방열판, 상기 내통을 둘러싸며 양측 끝단이 밀폐되어 있고, 외부에 단열재가 도포된 외통, 상기 내통과 외통 사이에 형성되고, 소정의 직경을 가지는 두 개 이상의 구멍이 형성되며 열전달율이 높은 재질의 열전도봉으로 연결된 두 개 이상의 플레이트가 삽입된 축열공간, 상기 외통에 부착되어 상기 축열공간의 온도를 측정하는 온도 측정센서 및 상기 축열공간이 소정 온도 이상으로 과열될 때 과열공기를 외부로 방출시키는 온도 조절밸브 및 상기 내통의 중심과 상기 휘발성 유기화합물질 가스 배출구 사이에 구비된 버너 및/또는 점화플러그를 포함하여 이루어짐에 그 기술적 특징이 있다.

따라서 본 발명의 축열 연소장치는 내부 구조를 개선하여 미처리 가스가 배출되지 않고, 별도의 기계 장비를 쓰지 않고 폐열을 이용하여 에너지가 절감되며, 규모가 큰 산업용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 소형화를 이룰 수 있어 자동차의 머플러(Muffler) 등에도 사용이 가능하고, 제조 원가를 줄어 저렴한 장치를 제공할 수 있어 대기환경 개선에 도움이 되는 효과가 있다.

Description

축열 연소장치{Regenerative thermal oxidizer}

본 발명은 축열 연소장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 구멍이 형성되고 열전달율이 높은 재질의 열전도봉으로 연결된 플레이트가 삽입된 축열공간 및 내통에 구비된 흡방열판 등을 포함하여 효율을 향상시킨 것이다.

일반적으로, 석유화학 업체, 도장업체, 쓰레기 소각로, 보일러, 각종 공장 및 자동차 등에서 발생하는 배기가스 중에는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound)이 포함되어 있다. 상기 휘발성 유기화합물이 혼합된 가스는 호흡기 장애 및 악취의 원인이 되고, 광화학반응을 통해 스모그를 발생시켜 인체에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 상기 휘발성 유기화합물의 배출을 예방하기 위한 방법으로 연소산화기술, 흡착기술, 생물학적 처리기술 등이 있는데, 본 발명은 그 중 연소산화기술에 관련된 것이다.

도 1은 미국등록특허 제5562442호에 기재된 것으로서, 원형의 하우징이 상부섹션(30), 중부섹션(26) 및 하부섹션(18)으로 나뉘어 있고, 상기 하부섹션으로부터 휘발성 유기화합물 가스가 흡입되고 상부섹션으로 배출되는 것을 특징으로 하는 축열 연소설비 (Regenerative Thermal Oxidizer ; ROT)에 대한 것이다. 상기 하부섹션의 중앙에 위치한 로터리형 분배기가 상기 휘발성 유기화합물 가스가 연소실에서 연소된 후 부(不)정화가스와 정화가스로 나뉘게 한다. 상기 정화과정 중 정화가스는 출구를 통해 외부로 방출되고, 부정화가스는 다시 상기 축열 연소설비를 거치면서 정화되게 되는 것이다.

또한, 일반적으로 사용되는 기술로서 좌우에 두 개 이상의 축열실과 중앙부에 연소실을 가지는 축열 연소설비가 있는데, 원형으로 분할된 로터리 윙(Rotary Wing) 방식이 적용된다. 이는 상기 로터리 윙의 회전에 의하여 가스 유로의 연속적인 흐름이 이루어지면서 축열층의 절반은 예열되고, 반쪽은 열을 회수하여 사이클이 이루어진다. 그러나, 상기 휘발성 유기화합물질 가스의 풍향 전환을 위한 좌우의 사이클 교체시 순간적으로 미처리 가스가 배기되어 급격한 효율저하 및 압력 변화를 가져오는 문제점이 있다. 그리고 정화되지 않은 가스가 어느 정도 누설될 수 있고, 다른 동력이 필요하며, 소형화가 어려울 뿐만 아니라 전체적으로 시스템이 복잡해지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내통 및 외통 내부에 구멍이 형성된 흡방열판 및 플레이트를 삽입함으로써 구조를 개선하여 규모가 큰 산업용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 별도의 기계 장비가 필요하지 않아 구조적으로 단순화하여 소형화를 이룰 수 있으므로 자동차의 머플러(Muffler) 등에도 사용이 가능한 축열 연소장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 일측 끝단에 휘발성 유기화합물질 가스 흡입구가 구비되고, 타측 끝단에 상기 휘발성 유기화합물질 가스 배출구가 구비된 내통, 상기 내통의 내부에 삽입되고, 상기 휘발성 유기화합물질 가스가 유동되는 소정의 직경을 가지는 두 개 이상의 구멍이 형성되며, 산화촉매제가 도포된 두 개 이상의 흡방열판, 상기 내통을 둘러싸며 양측 끝단이 밀폐되어 있고, 외부에 단열재가 도포된 외통, 상기 내통과 외통 사이에 형성되고, 소정의 직경을 가지는 두 개 이상의 구멍이 형성되며 열전달율이 높은 재질의 열전도봉으로 연결된 두 개 이상의 플레이트가 삽입된 축열공간, 상기 외통에 부착되어 상기 축열공간의 온도를 측정하는 온도 측정센서 및 상기 축열공간이 소정 온도 이상으로 과열될 때 과열공기를 외부로 방출시키는 온도 조절밸브 및 상기 내통의 중심과 상기 휘발성 유기화합물질 가스 배출구 사이에 구비된 버너 및/또는 점화플러그를 포함하여 이루어지는 축열 연소장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 축열 연소장치의 외형 및 구조를 나타낸 측면투상도이고, 도 3은 본 발명에 따른 버너 및 점화플러그를 장착한 플레이트와 플레이트 사이를 나타낸 부분 사시도이다. 본 발명의 축열 연소장치는 크게 내통, 흡방열판, 외통, 축열공간, 온도제어부로 이루어져 있다.

먼저, 내통(103)은 일측 끝단에 휘발성 유기화합물질 가스가 흡입되는 가스 흡입구(101)가 형성되고, 타측 끝단에는 상기 휘발성 유기화합물질 가스가 배출되는 가스 배출구(102)가 형성되어 있는 속이 빈 형상으로 되어 있다.

상기 내통(103)의 내부에는 상기 휘발성 유기화합물질 가스가 유동되는데, 유동을 지연시켜 열전달 및 연소가 충분히 이루어지도록 소정 직경의 구멍(104)이 형성된 흡방열판(105)이 삽입된다. 또한, 상기 흡방열판(105)의 표면에는 산화촉매제가 도포되어 유해물질 제거 효율을 높이는 것이 바람직하다. 상기 흡방열판(105)의 구멍(104)은 다양한 형태로 이루어질 수 있으나, 중앙에 한 개가 형성된 후 상기 중앙의 구멍보다 작은 구멍이 주위에 원형 배열을 이루며 형성되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 외통(106)은 상기 내통(103)을 둘러싸고 있고, 양측 끝단이 완전히 밀폐되어 있어 상기 외통(106)의 외부로 방열되는 열을 차단한다. 또한, 상기 외통(106)의 외부에는 단열재가 도포되어 방열로 인한 열손실을 충분히 막아주는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내통(103)과 외통(106) 사이에는 고온이 유지되는 축열공간(110)이 형성된다. 상기 축열공간(110)에는 상기 내통(103)에 형성된 흡방열판(105)과 유사한 플레이트(108)가 삽입되어 열전달을 이루게 된다. 상기 플레이트(108)에는 소정 직경의 구멍(107)이 형성되어 대류로 인한 열전달 효율을 높이게 된다. 열전달율이 높은 재질의 열전도봉(109)으로 각각의 플레이트(108)를 연결하여 전체 축열공간(110)의 온도가 균일하게 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 유기화합물질 가스가 유동되는 내통(103)의 온도 또한 상기 축열공간(110)의 온도와 마찬가지로 균일하게 유지되므로 연소 효과를 높이게 된다. 상기 플레이트의 구멍(107)은 다양한 형태로 이루어지고 필요에 따라 위치의 변경이 가능하지만, 상기 흡방열판(105)의 구멍(104)보다 크게 하며 상기 흡방열판(105)의 중심을 기준으로 원형으로 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 외통 및 내통의 형상은 다양하게 구성할 수 있지만, 원통형의 형상을 이루는 것이 바람직하다.

상기 내통(103)의 중심과 상기 휘발성 유기화합물질 가스 배출구(102) 사이에는 버너 및/또는 점화플러그(113)가 부착된다. 본 발명의 축열 연소장치는 버너를 점화시켜 상기 외통(106) 및 내통(103) 내의 온도가 상승하여 상기 휘발성 유기화합물질 가스의 연소 조건이 형성될 때까지 가열하게 된다. 상기 연소 조건이 만족되면 고온의 고농도 휘발성 유기화합물질 가스로써 무연료 운전이 가능해진다.

그러나 무연료 운전이 계속되면 상기 축열공간(110)의 온도가 과열되므로 상기 온도 조절밸브(112)를 개방하여 과열공기를 배출시켜 주어야 한다. 따라서, 상기 외통(106)에는 상기 축열공간(110)의 온도를 측정하는 온도 측정센서(111)를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 축열공간(110)이 소정 온도 이상으로 과열될 때 과열공기를 외부로 방출시키는 온도 조절밸브(112)가 부착되는 것이 더욱 바람직하다.

보다 자세하게는, 초기에 상기 버너를 점화시켜 무연료 운전이 될 때까지 승온시킨 후, 무연료 운전이 실행되어 상기 축열공간(110)의 측정온도가 제1온도를 초과하면 상기 온도 조절밸브(112)를 개방함과 동시에 상기 버너의 연료공급을 중단하고, 제2온도 미만이면 상기 온도 조절밸브(112)를 밀폐함과 동시에 상기 버너의 연료 공급량을 증가시켜 온도를 유지시키게 된다. 상기 제1온도는 800℃, 상기 제2온도는 600℃가 바람직하다.

또한, 자동차의 배기가스를 줄일 수 있는 수단으로 사용이 가능하다. 자동차의 실린더에서 배출되는 가스의 온도가 고온이므로 머플러(muffler) 등에서 축열시키고 산화촉매제와 점화플러그를 사용하여 매연을 크게 감소시키게 된다.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

따라서 본 발명의 축열 연소장치는 내부 구조를 개선하여 미처리 가스가 배출되지 않고, 별도의 기계 장비를 쓰지 않고 폐열을 이용하여 에너지가 절감되며, 규모가 큰 산업용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 소형화를 이룰 수 있어 자동차의 머플러 등에도 사용이 가능하고, 제조 원가를 줄어 저렴한 장치를 제공할 수 있어 대기환경 개선에 도움이 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 축열 연소장치를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 축열 연소장치의 외형 및 구조를 나타낸 측면투상도.

도 3은 본 발명에 따른 버너 및 점화플러그를 장착한 플레이트와 플레이트 사이를 나타낸 부분 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

18 : 하부섹션 26 : 중부섹션

30 : 상부섹션 101 : 가스 흡입구

102 : 가스 배출구 103 : 내통

104, 107 : 구멍 105 : 흡방열판

108 : 플레이트 109 : 열전도봉

110 : 축열공간 111 : 온도 감지센서

112 : 온도 조절밸브 113 : 버너 및 점화플러그

Claims (14)

1. 일측 끝단에 가스 흡입구가 구비되고, 타측 끝단에 배출구가 구비된 내통;

   상기 내통의 내부에 삽입되고, 가스가 유동되는 소정 직경을 가지는 두 개 이상의 구멍이 형성된 두 개 이상의 흡방열판;

   상기 내통을 둘러싸며 양측 끝단이 밀폐된 외통;

   상기 내통과 외통 사이에 형성되고, 소정 직경을 가지는 두 개 이상의 구멍이 형성된 두 개 이상의 플레이트가 삽입된 축열공간 및

   상기 내통에 구비된 버너 및/또는 점화플러그

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 축열 연소장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내통 및 외통의 형상은 원통형임을 특징으로 하는 축열 연소장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외통은 상기 축열공간의 온도를 측정하는 온도 측정센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 연소장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 외통은 상기 축열공간이 소정 온도 이상으로 과열될 때 과열공기를 외부로 방출시키는 온도 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 연소장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 축열공간의 측정온도가 제1온도를 초과하면 상기 온도 조절밸브를 개방함과 동시에 상기 버너의 연료공급을 중단함을 특징으로 하는 축열 연소장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1온도는 800℃임을 특징으로 하는 축열 연소장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 축열공간의 측정온도가 제2온도 미만이면 상기 온도 조절밸브를 밀폐함과 동시에 상기 버너의 연료 공급량을 증가시킴을 특징으로 하는 축열 연소장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제2온도는 600℃임을 특징으로 하는 축열 연소장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 흡방열판의 표면에는 산화촉매제가 도포됨을 특징으로 하는 축열 연소장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 외통의 외부에는 단열재가 도포됨을 특징으로 하는 축열 연소장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 각각의 플레이트는 열전달율이 높은 재질의 열전도봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 연소장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 흡방열판의 구멍은 중앙에 한 개가 형성된 후 상기 중앙의 구멍보다 작은 구멍이 주위에 원형 배열을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는 축열 연소장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 플레이트의 구멍은 상기 흡방열판의 구멍보다 크며 상기 흡방열판의 중심을 기준으로 원형으로 배열됨을 특징으로 하는 축열 연소장치.
14. 제1항에 있어서,

    상기 버너 및/또는 점화플러그는 상기 내통의 중심과 상기 가스 배출구 사이에 구비됨을 특징으로 하는 축열 연소장치.