KR100473879B1

KR100473879B1 - 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치

Info

Publication number: KR100473879B1
Application number: KR1020040073372A
Authority: KR
Inventors: 윤종빈
Original assignee: 현대하이텍 주식회사
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-03-14

Abstract

본 발명은, 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치에 관한 것으로서, 기체상태의 휘발성 유기화합물을 포함하는 혼합기체로부터 휘발성 유기화합물을 회수하는 장치로서, 상부로부터 혼합기체가 유입된 후 하부로 배출되는 제1내통; 상기 제1내통에 마련되어 상기 제1내통을 통과하는 혼합기체를 가열하는 혼합기체 가열수단; 상기 제1내통을 통과한 혼합기체가 상부로부터 유입된 후 하부로 배출되도록 상기 제1내통과 연통하는 제2내통; 상기 제2내통에 마련되고, 흡열부와 발열부를 구비하며, 상기 흡열부가 상기 제2내통의 내부를 통과하는 혼합기체로부터 열을 흡수하여 상기 혼합기체에 포함된 유기화합물이 응축되도록 하는 열전소자; 상기 열전소자의 발열부를 냉각시키는 발열부 냉각수단; 상기 제2내통을 통과한 기체를 외부로 배출하는 배기부; 상기 제2내통의 하부에 위치하여 상기 흡열부에 의해 응축되어 흘러 떨어지는 액체를 수용하는 회수부;를 포함하여 이루어지는 것에 특징이 있다.

Description

열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치{Device for collecting VOC using thermoelectric module}

본 발명은 휘발성 유기화합물이 포함된 혼합기체로부터 휘발성 유기화합물을 회수하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열전소자의 열펌프기능을 이용하여 혼합기체에 포함된 기체상태의 휘발성 유기화합물을 노점이하의 온도로 낮추어 응결시켜 회수하는 장치에 관한 것이다.

휘발성 유기화합물(VOC: Volatile Organic Compounds)이란, 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질의 총칭을 말한다. 다만, VOC는 수많은 화합물의 총칭이고 발생원도 다양하여 VOC 범주를 정하기는 어렵기 때문에 구체적인 대상은 나라마다 정해놓은 바에 따라 차이가 있다.

이러한 VOC는 고정배출원에서의 유기용제 사용에 의해 배출되며, 액체연료의 사용, 수송, 저장 및 자동차 등 이동배출원에서 사용되는 연료에 의해서도 대기 중으로 배출된다. 또한 VOC는 산업체에서 많이 사용되고 있는 용매와 화학 및 제약공장 그리고 플라스틱의 건조공정에서 배출되는 유기가스 등까지 매우 다양하며, 저비점 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물등 우리 생활주변에서 흔하게 사용되는 유기물질들이 거의 VOC이다.

그런데, VOC는 인체에 유해한 것이 대부분이어서, VOC가 포함된 혼합기체 상당량이 그대로 대기 중에 배출되는 것은 바람직하지 않으며, 그리고, 혼합기체에 포함된 VOC를 회수하여 재사용하는 것이 좋다. 따라서, 화학물질관련 실험실, 일반 인쇄소, 주유소, 분체도장이 이루어지는 자동차 정비소, 그리고 특히 세탁소와 같이 VOC가 포함된 혼합기체를 발생시키는 시설물에는 혼합가스로부터 VOC를 회수하는 장치가 반드시 필요하게 된다.

이러한, VOC의 회수를 위해 지금까지는 증류방식 혹은 화학적냉매를 사용하는 기계식을 사용하는 것이 대부분이었으나, 이러한 장치들은 기계의 폭발위험성이 있으며, 장치의 규모가 커 가격이 높은 것은 물론, 요구되는 설치면적이 과다하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열전소자를 이용함으로서 그 구조가 간단하여 적은 부피를 차지할 뿐 아니라, 휘발성 유기화합물의 높은 회수율이 가능한 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치는, 기체상태의 휘발성 유기화합물을 포함하는 혼합기체로부터 휘발성 유기화합물을 회수하는 장치로서, 혼합기체가 상부로부터 유입된 후 하부로 배출되는 제1내통; 상기 제1내통에 마련되어 상기 제1내통을 통과하는 혼합기체를 가열하는 혼합기체 가열수단; 상기 제1내통을 통과한 혼합기체가 상부로부터 유입된 후 하부로 배출되도록 상기 제1내통과 연통하는 제2내통; 상기 제2내통에 마련되고, 흡열부와 발열부를 구비하며, 상기 흡열부가 상기 제2내통의 내부를 통과하는 혼합기체로부터 열을 흡수하여 상기 혼합기체에 포함된 유기화합물이 응축되도록 하는 열전소자; 상기 열전소자의 발열부를 냉각시키는 발열부 냉각수단; 상기 제2내통을 통과한 기체를 외부로 배출하는 배기부; 및 상기 제2내통의 하부에 위치하여 상기 흡열부로 인해 응축되어 흘러 떨어지는 액체를 수용하는 회수부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 혼합기체 가열수단은, 상기 제1내통의 외부를 둘러싸고 있는 전기히터와, 상기 전기히터와 열적으로 연결되어 있으며 상기 제1내통의 내면으로부터 내부공간을 향해 돌출형성된 다수의 돌출부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합기체 가열수단은, 상기 제1내통의 내부의 온도를 측정할 수 있는 온도센서부와, 상기 온도센서부에서 감지되는 온도를 입력받아 그 온도가 사전에 설정해 놓은 온도보다 높은 경우 상기 전기히터의 작동을 정지시키는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2내통의 내면에는 히트싱크가 복수 개 구비되어 있으며, 상기 각 히트싱크의 일측단부는 열전소자의 흡열부와 열적으로 연결되어 있고, 타측단부는 제2내통의 내면으로부터 내부공간을 향해 돌출형성된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2내통은 사각형 단면의 관 형상으로 이루어져 있으며, 상기 히트싱크는, 상기 제2내통의 내부의 대면하는 한 쌍의 면에 각각 구비되어 있고, 상기 대면하는 한 쌍의 면 중 하나의 내부면에 구비된 히트싱크들과 다른 하나의 내부면에 구비된 히트싱크들은 상하방향으로 상호 엇갈리게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 발열부 냉각수단은, 상기 열전소자의 발열부에 열적으로 결합되고 내부에는 냉각수가 있는 워터재킷과, 상기 워터재킷으로부터 가열된 냉각수를 전달받아 냉각시키는 라디에이터와, 상기 워터재킷과 상기 라디에이터 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 회수부는, 내부에 수용된 유기화합물과 물을 상호 분리하는 분리부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치의 개략적 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명에 따른 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치(1)는, 제1내통(10), 혼합기체 가열수단(20), 제2내통(30), 열전소자(40), 발열부 냉각수단(50), 배기부(60) 및 회수부(70)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1내통(10)은, 상부에 마련된 입구부(12)로부터 혼합기체가 유입된 후 하부로 배출된다. 제1내통(10)의 외부에는 장치(1)를 이루는 대부분의 구성요소를 전체적으로 감싸는 외부케이스(90)가 마련된다.

제1내통(10)의 입구부(12)는 휘발성 유기화합물(VOC)이 포함된 기체를 배출하는 장치나 설비, 예컨대 세탁소에서 사용하는 증발건조장치의 배출구와 파이프에 의해 연결되어 있다. 입구부(12)의 하부가 결합되어 있는 제1내통(10)의 몸체부분은 그 단면이 사각형이며, 그 내부는 유입된 혼합기체가 통과하는 공간이 형성되어 있다. 한편, 제1내통(10)의 내부에는 후술할 다수의 돌출부(24)가 형성되어 있다.

상기 혼합기체 가열수단(20)은, 제1내통(10)에 마련되어 제1내통(10)을 통과하는 혼합기체를 가열하는 수단으로서, 전기히터(22)와, 다수의 돌출부(24), 온도센서부(26) 및 제어부(28)로 이루어져 있다.

상기 전기히터(22)는, 제1내통(10)의 외부를 둘러싸고 있다. 본 실시예의 경우, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 제1내통(10)을 이루는 4개의 면 중 마주하는 2개의 면의 외부에 마련되어 있다. 전기히터(22)에는 전기코일이 내장되어 있다. 전기히트(22)는, 유기화합물이 폭발성이 있을 수 있기 때문에 혼합가스에 직접 닿지 않도록, 제1내통(10)의 외부에 마련되는 것이 바람직하다.

상기 돌출부(24)는 다수 개 마련되며, 각각의 일측단부는 전기히터(22)와 제1내통(10)을 사이에 두고 열적으로 연결되어 있어서, 전기히터(22)에서 발생하는 열을 전달받는다. 한편, 전기히터(22)와 돌출부(24)의 사이에 위치하는 제1내통(10)의 재질은 열을 잘 전달하는 성질을 가진 금속재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

돌출부(24)의 타측단부는, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 제1내통(10)의 내면으로부터 내부공간을 향해 돌출형성된다. 그리고, 제1내통(10)의 하나의 면에 형성된 돌출부들은 상호 마주보는 다른 면에 형성된 돌출부들과 상하방향으로 엇갈리게 배치되어 있다. 한편, 도 5는 후술할 히트싱크(32)의 구조를 설명하기 위한 도면이지만, 상기 돌출부(24)들도 이와 유사한 형상을 하고 있다.

따라서, 이러한 형상을 가진 돌출부(24)들이 상하 방향으로 엇갈리게 배치되어 있기 때문에, 상부로부터 유입되는 혼합기체는 제1내통(10)을 그대로 통과하지 않고, 전기히터(22)로부터 열을 전달받아 가열된 돌출부(24)들에 부딪히며 열교환이 효과적으로 충분히 일어나게 된다.

상기 온도센서부(26)는, 제1내통(10)의 내부를 통과하는 혼합기체의 온도를 측정한다. 온도센서부(26)는 혼합기체의 온도가 가장 높은 제1내통(10)의 하부에 마련되는 것이 바람직하다. 한편, 전기히터(22)의 온도를 측정하는 온도센서부(26)를 추가적으로 구비할 수도 있다.

상기 제어부(28)는, 온도센서부(26)에서 감지되는 온도를 입력받고, 그 온도와 사전에 혼합기체에 포함된 유기화합물의 성질에 따라 사용자가 설정해 놓은 온도를 비교하여, 혼합기체의 온도가 설정해놓은 온도보다 높은 경우, 전기히터(22)의 작동을 정지시키는 역할을 한다. 혼합기체에 포함된 유기화합물의 종류에 따라서는, 일정온도보다 높아지게 되면 폭발하거나 화재가 발생할 수 있게 때문에 과열을 방지하기 위해 온도센서부(26)와 제어부(28)를 구비하는 것이다. 또한, 제어부(28)에 최저온도를 설정하여 두고, 유입되는 기체의 온도가 설정된 최저온도보다 낮은 경우에 전기히터(22)가 작동하도록 할 수도 있다. 즉, 유입되는 혼합기체의 온도가 충분히 높은 경우에는 전기히터(22)의 작동을 제한할 수 있는 것이다.

다만, 온도센서부(26)의 종류나 구체적인 구성 그리고 제어부(28)의 구체적인 회로 등에 관해서는, 본 발명을 이루는 주요한 내용이 아닐 뿐 아니라, 이미 공지된 기술이기 때문에 더 이상의 설명은 생략한다.

상기 제2내통(30)은, 제1내통(10)과 연통하고 있으며, 제1내통(10)을 통과한 혼합기체가 상부로부터 유입된 후 하부로 배출되는 관이다. 제2내통(30)의 횡단면은 제1내통과 마찬가지로 사각형이다. 하지만, 그 단면의 넓이는 제2내통(30)이 제1내통(10)보다 더 크게 되어 있다. 제2내통(30)의 외부에는 제1내통(10)의 경우가 마찬가지로 외부케이스(90)가 둘러싸고 있다.

한편, 제2내통(30)의 내면에는 히트싱크(32)가 복수 개 구비되어 있다. 각 히트싱크(32)의 일측단부는 후술할 열전소자(40)의 흡열부(42)와 제2내통(30)을 사이에 두고 열적으로 연결되어 있다. 이때, 흡열부(42)와 히트싱크(32)의 일측단부의 사이에 위치하는 제2내통(30)의 부분은 열전달율이 우수한 금속재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 그리고, 히트싱크(32)의 타측단부는, 제2내통(30)의 내면으로부터 제2내통(30)의 내부공간을 향해 돌출형성되어 있다.

도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 개략적인 단면도인 도 4와, 제2내통(30)의 내부의 대면하는 한 쌍의 면(302, 304) 중에 하나의 내부면(302)에 형성된 히트싱크(32)를 따로 도시한 도 5를 참조하면, 히트싱크(32)들은 제2내통(30)의 내부면의 대면하는 한 쌍의 내부면(302, 304)에 각각 형성되어 있는데, 이 중 하나의 내부면(302)에 구비된 히트싱크(32)들은 대면하는 다른 하나의 내부면(304)을 향해 돌출되어 있으며, 다른 하나의 내부면(304)에 형성된 히트싱크(32)들은 하나의 내부면(302)을 향해 돌출되어 있다. 그리고, 히트싱크(32)의 각각의 형상은, 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 사각뿔에서 위부분이 잘려나간 형상이어서, 응결된 액체가 아래로 흘러 내려가기 쉽도록 되어 있다.

또한, 대면하는 한 쌍의 내부면(302, 304)중에 하나의 내부면(302)에 구비된 히트싱크(32)들과 다른 하나의 내부면(304)에 구비된 히트싱크(32)들은 상하방향으로 상호 엇갈리게 배치되어 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 하나의 내부면(302)의 가장 상부에 히트싱크(320)들이 구비되어 있고, 그 아래에는 다른 하나의 내부면(304)에 다른 히트싱크(322)들이 구비되며, 그 아래에는 다시 하나의 내부면(302)에 또 다른 히트싱크(324)가, 그 아래에는 내부면(304)에 또 다른 히트싱크(436)가 구비되어 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 상하방향으로 번갈아 가면 형성된 히트싱크(32)들을 위에 바라보면 각 히트싱크(32)들의 나란하게 배치된 것이 아니라, 지그재그로 배치된 것을 알 수 있다. 이러한, 배치를 가진 히트싱크(32)들로 인해, 비록 제2내통(32)의 상하방향 길이가 작다하더라고, 제2내통(30)의 상부로부터 유입된 혼합기체는, 하부로 신속히 배출되는 것이 아니라, 히트싱크(32)들에 수 없이 충돌하며 방향이 바뀌고 흐름이 복잡해지며 제2내통(30)의 내부에 최대한 오래 머물면서 히트싱크(32)들과 효과적인 열교환이 이루어지게 되고, 또한, 혼합기체 상호간에도 충돌이 빈번히 발생하도록 하여 휘발성 유기화합물의 응결이 잘 일어나게 되는 것이다.

상기 열전소자(40)는 흡열부(42)와 발열부(44)를 구비한다. 일반적으로, 열전소자는 열과 전기가 서로 변환되는 현상을 이용한 소자의 총칭을 의미하지만, 본 발명의 경우에는, 2종류의 금속 양끝을 접속하여 전류를 흘리면 전류방향에 따라 한 단자에는 흡열, 다른 단자에는 발열이 일어나는 현상인 펠티에 효과를 이용한다.

도 4를 참조하면, 열전소자(40)는 제2내통(30)의 외부면에 구비되어있다, 열전소자(40)의 흡열부(42)는 제2내통(30)의 내부를 통과하는 혼합기체로부터 상술한 히트싱크(32)들을 통해 열을 흡수하여 혼합기체가 응축되도록 한다. 즉, 기체상태의 유기화합물의 온도를 노점이하로 냉각시켜 액체상태로 변화시키는 역할을 한다. 이때 물도 함께 응축된다.

본 발명의 경우, 혼합기체와의 효과적인 열교환을 위해 상술한 바와 같이, 제2내통(30)의 내부에는 열전소자(40)의 흡열부(42)와 열적으로 연결되어 있는 다수 개의 히트싱크(32)들을 구비하고 있다. 열전소자의 흡열부(42)가 냉각되면 여기에 열적으로 연결되어 있는 히트싱크(32)도 냉각되게 되어, 히트싱크(32)를 지난 던 혼합기체의 온도가 내려가게 되는 것이다. 그리고, 열전소자(40)의 둘레에는 고무 등과 같은 단열의 성질을 가진 재질로 만들어진 단열부재(48)가 구비되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 열전소자(40)의 발열부(44)에서는 열이 발생되게 되는 데, 발생된 열을 냉각시켜 주어야 흡열부(42)에서도 효과적으로 냉각이 되게 된다. 이러한, 발열부(44)의 냉각을 위해 본 발명의 경우, 발열부 냉각수단(50)을 구비하고 있다.

상기 발열부 냉각수단(50)은, 워터재킷(52)과, 라디에이터(54)와, 순환펌프(56)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 워터재킷(52)은, 열전소자의 발열부(44)에 열적으로 결합될 수 있도록 발열부(44)의 외측에 밀착되어 고정되어 있다. 워터재킷(52)은 열전소자(40)와 같은 수로 마련된다. 워터재킷(52)에는 냉각수가 들어오는 입구부(504)와 배출되는 출구부(506)가 각각 마련되어 있다. 그 내부에서, 입구부(504)를 통해 들어온 차가운 냉각수는 발열부(44)와 열교환을 한 후, 출구부(506)를 통해 배출된다.

상기 라디에이터(54)는, 워터재킷(52)의 출구부(506)로부터 배출된 가열된 냉각수를 전달받아 냉각하는 역할을 한다. 라디에이터(54)의 구조는 일반적으로 많이 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 라디에이터(54)에는 냉각수를 효과적으로 식힐 수 있도록 냉각팬(540)이 구비되어 있다.

상기 순환펌프(56)는 워터재킷(52)과 라디에이터(54) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 즉 순환펌프(56)는, 라디에이터(54)로부터 유입되는 냉각수를 파이프(501)를 통하여 각 워터재킷(52)의 입구부(504)로 공급하고, 다시 각 워터재킷(52)의 출구부(506)로부터 파이프(502)에 의해 라디에이터(54)로 냉각수를 공급하여, 냉각수를 순환시키는 역할을 한다.

한편, 본 실시예의 경우, 라디에이터(54)와 순환펌프(56)는, 외부케이스(90)와는 별도로 마련된 것으로 예를 들었으나, 외부케이스(90)의 내부에 설치되도록 배치할 수도 있다.

상기 배기부(60)는, 제2내통(30)을 통과한 기체를 받아 외부로 배출한다. 혼합기체가 제2내통(30)을 통과하게되면, 혼합기체에 기체상태로 있던 대부분 유기화합물이 액체상태로 분리되기 때문에 배기부(60)로 들어오는 기체에는 유기화합물이 거의 없는 상태가 된다.

배기부(60)는, 중간판(602)과 배기관(604)을 포함한다. 중간판(602)은, 제2내통(30)으로부터 들어온 기체의 흐름을 어렵게 하기 위해 마련된 것으로, 도 2에 잘 도시된 바와 같이 다수의 통기공이 형성되어 있는 판이다. 중간판(602)의 통기공들을 통과하여 나온 기체는 외부케이스(90)의 내부로부터 배기관(604)을 통해 외부로 배출된다. 한편, 배기부(60)의 하부에는 제2내통(30)으로부터 떨러지는 액체를 모아 배출하기 위해 하부에 아래쪽으로 경사진 하부판(606)이 구비되어 있다. 하부판(6060)의 중앙에는 배출관(608)이 마련되어 있다.

상기 회수부(70)는, 제2내통(30)의 하부에 위치하며, 제2내통(30)의 내부에 구비된 흡열부(42)에 의해 응축되어 흘러 떨어지는 액체를 수용한다. 회수부(70)는 외부케이스(90)에 마련된 문(92)을 열고 외부로 꺼낼 수 있다. 떨어지는 액체에는 응축된 유기화합물과 물이 섞여있다. 회수부(70)의 상면의 중앙에는 상기 배기부(60)의 배출관(608)에 대응하는 위치에 마련된 입구공(702)이 마련되어 있어서, 떨어지는 액체가 유입된다. 회수부(70)에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 유입된 액체의 양을 알아보기 위해 투명한 재질로 만들어진 높이측정관(704)이 구비되어 있다.

한편, 유입된 액체는 유기화합물과 함께 물이 함께 섞여있게 되는데, 이들을 상호 분리시키기 위해 분리부(72, 74)가 구비되어 있다. 물과 유기화합물은 서로 비중이 달라, 물은 아래로 가고 유기화합물은 위에 뜨게 된다. 따라서, 액체가 어느 정도 모여진 후에 위쪽의 분리부(72)를 개방시키게 되면, 여기로 유기화합물이 배출되고, 아래쪽의 분리부(74)에서는 물이 배출되게 된다. 배출된 유기화합물과 물은 적당한 장치에 저장된 후, 필요에 따라 재활용할 수 있다.

이하에는 상기와 같은 구성의 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치(1)의 작용과 효과에 대해 설명한다.

우선, 세탁소의 증발건조장치 등과 연결되어 있는 제1내통(10)으로 휘발성 유기화합물이 포함된 혼합기체가 유입된다. 유입된 혼합기체의 응축효율을 높이기 위해, 혼합기체는 유기화합물의 노점 이상의 온도로 혼합기체 가열수단(20)에 의해 가열된다. 이때, 가열온도는 혼합기체에 포함된 유기화합물의 특성을 고려하여 결정한다. 제1내통(10)의 내부에는 다수의 돌출부(24)가 지그재그로 형성되어 있어서, 유입되는 혼합기체의 온도가 효과적으로 상승하게 된다. 또한, 온도센서부(26)와 제어부(28)를 구비하고 있어서, 혼합기체가 위험한 온도까지 올라가지 않게 되어 안전이 보장되고, 또한, 유입되는 혼합기체가 필요한 충분한 온도라면 전기히터(22)의 작동이 정지되도록 제어된다.

제1내통(10)을 통해 충분히 가열된 혼합기체는 제2내통(30)으로 유입된다. 유입된 혼합기체는, 열전소자(40)의 흡열부(42)에 의해 냉각된 히트싱크(32)에 충돌하면서 열교환이 이루어지게 되어 유기화합물의 노점온도이하로 냉각된다. 냉각된 기체상태의 유기화합물은 물방울 형태로 응결되며 아래로 떨어지게 된다. 이때, 히트싱크(32)는 상하방향은 물론 수평방향으로도 지그재그로 배치되어 있어서, 유입되는 혼합기체가 충분히 히트싱크(32)들과 충돌하며 열교환이 이루어지게 된다. 따라서, 제2내통(30)의 상하방향 길이가 작더라도 충분한 열교환이 가능하게 된다. 또한, 열전소자(40)의 발열부(44)에는 발열부 냉각수단(50)이 구비되어 있어서, 발열부(44)가 효과적으로 냉각되기 때문에 열전소자(40)의 효율이 높아진다.

제2내통(30)의 내부에 마련된 히트싱크(32)에 의해 응결된 유기 화합물은 아래로 떨어져 배기부(60)의 아래에 마련된 회수부(70)에 모이게 된다. 이때 물도 함께 응결되어 회수부(70)에 모이게 된다. 모인 액체 중의 물과 유기화합물은 분리부(72, 74)에 의해 분리된다. 분리한 유기화합물은 재활용된다.

한편, 인체에 유해한 휘발성 유기화합물이 빠져나간 기체는 배기관을 통하여 외부로 배출된다.

본 발명에 의한 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치에 의하면, 열전소자를 이용하였기 때문에, 장치의 전체부피는 기존의 장치들보다 현저히 작으면서도, 유기화합물을 분리하는 성능은 뛰어나다는 장점이 있다.

또한, 혼합기체가 통과하는 제1내통과 제2내통의 내부에는 각각 돌출부와 히트싱크를 구비하고 있어서, 혼합기체가 제1, 2내통을 그대로 통과하지 못하고 지그재그로 통과하며 수 없이 충돌하도록 되어있다. 따라서, 장치(1)의 외부 부피가 작게 제작되는 것이 가능하며, 돌출부 및 히트싱크들과 혼합기체간에 효과적으로 열교환이 이루어질 수 있다.

그리고, 혼합기체의 양과 혼합되어 있는 유기화합물의 특성에 따라 예시된 장치(1)가 하나로 유기화합물을 충분히 분리하지 못하는 경우에는, 본 발명에 의한 장치(1)를 병렬 혹은 직렬로 연결하여 사용할 수도 있다. 즉, 혼합기체의 양이 많을 경우, 장치(1)를 병렬로 연결하여 사용하면 되고, 장치(1)의 배기관(604)에 상단한 양의 유기화합물이 남아 있는 경우에는, 추가적으로 또 다른 장치(1)를 직렬로 연결하여 사용할 수 있다.

한편, 본 실시예의 경우, 혼합기체 가열수단을, 전기히터와 돌출부와 온도센서부와 제어부를 구비하는 것으로 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 혼합기체를 가열할 수 있는 수단이면 다른 수단으로 대체 가능하다.

또한, 본 실시예의 경우, 발열부 냉각수단으로 워터재킷과 라디에이터와 순환펌프를 구비하는 것으로 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 열전소자의 발열부를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 수단이면, 공랭식 등의 다른 어떤 수단으로도 대체 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치에 의하면, 열전소자를 이용하였기 때문에, 장치의 전체부피는 기존의 장치들보다 현저히 작으면서도, 유기화합물을 분리하는 성능은 뛰어나다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치의 개략적 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치의 개략적인 단면도,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도,

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 개략적 단면도,

도 5는 도 2의 히트싱크의 사시도,

도 6은, 도 2의 회수부의 개략적 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ... 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치

10 ... 제1내통 20 ... 혼합기체 가열수단

22 ... 전기히터 24 ... 돌출부

26 ... 온도센서 28 ... 제어부

30 ... 제2내통 32 ... 히트싱크

40 ... 열전소자 42 ... 흡열부

44 ... 발열부 50 ... 발열부 냉각수단

60 ... 배기부 70 ... 회수부

72, 74 ... 분리부

Claims

기체상태의 휘발성 유기화합물을 포함하는 혼합기체로부터 휘발성 유기화합물을 회수하는 장치로서,

혼합기체가 상부로부터 유입된 후 하부로 배출되는 제1내통;

상기 제1내통에 마련되어 상기 제1내통을 통과하는 혼합기체를 가열하는 혼합기체 가열수단;

상기 제1내통을 통과한 혼합기체가 상부로부터 유입된 후 하부로 배출되도록 상기 제1내통과 연통하는 제2내통;

상기 제2내통에 마련되고, 흡열부와 발열부를 구비하며, 상기 흡열부가 상기 제2내통의 내부를 통과하는 혼합기체로부터 열을 흡수하여 상기 혼합기체에 포함된 유기화합물이 응축되도록 하는 열전소자;

상기 열전소자의 발열부를 냉각시키는 발열부 냉각수단;

상기 제2내통을 통과한 기체를 외부로 배출하는 배기부; 및

상기 제2내통의 하부에 위치하여 상기 흡열부로 인해 응축되어 흘러 떨어지는 액체를 수용하는 회수부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.
제1항에 있어서,

상기 혼합기체 가열수단은,

상기 제1내통의 외부를 둘러싸고 있는 전기히터와, 상기 전기히터와 열적으로 연결되어 있으며 상기 제1내통의 내면으로부터 내부공간을 향해 돌출형성된 다수의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.
제2항에 있어서,

상기 혼합기체 가열수단은, 상기 제1내통의 내부의 온도를 측정할 수 있는 온도센서부와, 상기 온도센서부에서 감지되는 온도를 입력받아 그 온도가 사전에 설정해 놓은 온도보다 높은 경우 상기 전기히터의 작동을 정지시키는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.
제1항에 있어서,

상기 제2내통의 내면에는 히트싱크가 복수 개 구비되어 있으며, 상기 각 히트싱크의 일측단부는 열전소자의 흡열부와 열적으로 연결되어 있고, 타측단부는 제2내통의 내면으로부터 내부공간을 향해 돌출형성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.
제4항에 있어서,

상기 제2내통은 사각형 단면의 관 형상으로 이루어져 있으며,

상기 히트싱크는, 상기 제2내통의 내부의 대면하는 한 쌍의 면에 각각 구비되어 있고,

상기 대면하는 한 쌍의 면 중 하나의 내부면에 구비된 히트싱크들과 다른 하나의 내부면에 구비된 히트싱크들은 상하방향으로 상호 엇갈리게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.
제1항에 있어서,

상기 발열부 냉각수단은,

상기 열전소자의 발열부에 열적으로 결합되고 내부에는 냉각수가 있는 워터재킷과, 상기 워터재킷으로부터 가열된 냉각수를 전달받아 냉각시키는 라디에이터와, 상기 워터재킷과 상기 라디에이터 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.
제1항에 있어서,

상기 회수부는, 내부에 수용된 유기화합물과 물을 상호 분리하는 분리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 휘발성 유기화합물 회수장치.