KR100676049B1 - 배출가스 증속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연돌에서 배출되는 배출가스의 토출속도를 증속시켜 주기 위한 장치에 관한 것으로서, 연돌의 최상단에 배치되어 수평방향의 바람을 수직방향의 상승기류로 변환시켜 주는 한편, 수직측 유출부의 면적을 수평측 유입부의 면적보다 작게 형성하여 토출되는 바람의 속도를 증속시킴에 따라 배출가스의 토출속도가 더욱 증속되도록 하는 유체역학적 형상을 갖는 배출가스 증속장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 별도의 동력을 이용하지 않고서도 단지 대기의 바람을 효과적으로 이용하는 유체역학적인 원리에 의해 수평방향의 대기바람이 수직방향의 상승기류로 전환됨과 동시에 풍속이 증속됨에 따라 결과적으로 배출가스의 상승유속이 증가되어 원활하게 대기중으로 확산되어 풍하지역의 대기오염물질 지면농도를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

연돌, 증속장치, 배출가스, 대기오염물질

Description

배출가스 증속장치{ACCELERATION DEVICE OF EXHAUST GAS FROM A STACK}

도 1은 본 발명에 따른 배출가스 증속장치를 나타내기 위한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 배출가스 증속장치의 단면을 나타내기 위한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 배출가스 증속장치의 평면을 나타내기 위한 평면도

도 4는 본 발명에 따른 배출가스 증속장치의 설치 유무에 따른 배출가스 상승유속의 변화를 측정하기 위하여 설치된 풍속계의 위치를 표시한 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 배출가스 증속장치에 의해 배출가스 상승유속이 증가됨을 실험적으로 측정한 결과를 보여주기 위한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 연돌 11,13: 금속 프레임

12 : 차단판 14 : 3번 풍속계

15: 2번 풍속계 16 : 1번 풍속계

20: 수평측 유입부 30: 수직측 유입부

본 발명은 배출가스 증속장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 연돌에서 배 출된 대기오염물질이 지면에 착지함에 따라 증가될 수 있는 대기오염물질의 지면농도를 저감시키기 위하여, 연돌의 최상단에 배치되어 수평방향의 바람을 수직방향의 상승기류로 변화시켜주는 한편, 유출구의 면적이 유입구의 면적보다 작게 형성시켜 바람의 유출되는 속도를 증가시켜 연돌에서 배출되는 배기가스가 상부로 보다 원활하게 상승 및 확산되도록 해주는 배출가스 증속장치에 관한 것이다.

일반적으로 연돌은 높이가 높을수록 이로부터 배출되는 대기오염물질이 대기의 상부로 원활하게 확산되고 공기중에 희석되어 인간의 생활영역인 지면에서의 대기오염물질의 농도는 낮아지게 된다.

이때 연돌의 물리적인 높이 이외에도 배출가스의 토출유속이 빠르면 토출유속이 느린 경우에 비해 배출가스가 대기 중으로 상승하는 높이가 더 높기 때문에 물리적으로 연돌의 높이를 높인 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 연돌을 높이게 되면 증가된 높이 만큼 연돌에서 배출되는 배출가스의 압력손실이 발생하여 토출유속의 저하가 발생하며, 토출유속을 적절하게 유지시켜 주기 위해서는 배출시설에서 배출가스를 밀어 올려주는 송풍기의 풍량을 증가시켜야 한다.

결국, 송풍기의 풍량을 증가시키는 것은 추가적인 설비투자 또는 동력비의 증대로 이어지기 때문에 추가적인 경제적 부담으로 작용하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 송풍기의 용량을 증가시키지 않더라도 대기에서 부는 자 연적인 바람을 이용하여 배출가스의 토출유속을 증가시킴으로써 연돌높이를 증가시킨 것과 같은 효과를 유도하여 결과적으로 지면에 착지하는 대기오염물질의 농도를 감소시킬 수 있는 배출가스 증속장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 후술될 구성 및 작용에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배출가스 증속장치는,

크기가 서로 다른 깔때기 모양의 두 금속 프레임이 일정 유격을 갖도록 복수 개의 차단판에 의해 지지되는 구조로 연돌의 상부에 설치되며, 상기 복수 개의 차단판에 의해 구획되는 각각의 공간부는 수평 유입부와 수직 유출부가 서로 연통되게 형성되어, 상기 수평 유입부를 통해 유입되는 수평방향의 바람을 상기 수직 유출부로 유출시켜 수직 방향의 상승기류로 전환시킴으로써 상기 연돌에서 배출되는 배기가스의 토출속도를 증속시키는 유체역학적 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 한다.

바람직하게 상기 수평 유입부의 면적보다 상기 수직 유출부의 면적을 좁게 형성하고 수평 유입부에서 수직 유출부로 갈수록 면적이 점차 좁아지도록 형성시켜 상기 수평 유입부로 유입되는 바람보다 수직 유출부로 유출되는 바람의 속도가 증속되도록 하며, 구체적으로는 상기 수평 유입부의 면적과 수직 유출부의 면적 비율은 10:1 이상 20:1 이하로 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설 명하고자 하며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배출가스 증속장치가 연돌(10)에 장착된 상태를 나타내기 위한 사시도이다.

배출가스 증속장치의 형태는 크기가 서로 다른 깔때기 모양의 두 금속 프레임(11),(13)이 일정 유격을 갖도록 복수 개의 차단판(12)에 의해 지지되는 구조로 연돌(10)의 상부에 설치되며, 상기 복수 개의 차단판(12)에 의해 구획되는 각각의 공간부는 수평 유입부(20)와 수직 유출부(30)가 서로 연통되게 형성된다.

즉, 도 2의 단면도에 제시된 바와 같이 본 발명에 따른 배출가스 증속장치는 대기중의 자연적인 바람의 풍향을 지면과 수평한 풍향의 유속인 V1으로부터 지면과 수직한 방향, 즉 연돌(10)로부터 토출되는 배출가스와 동일한 수직 풍향의 유속인 V2로 전환시키는 기하학적 형상을 갖는 것이다.

그리고, 도 2의 단면도를 보면 측면의 수평 유입구(20)로부터 연돌(10)의 상부로 바람이 배출되는 수직 유출구(30)까지의 단면적이 점차 줄어드는 노즐 형상으로서, 유체역학의 연속방정식의 원리에 의하여 단면적이 감소하면 유속이 증가하는 특성을 갖도록 형성된 것이다.

또한, 차단판(12)은 배출가스 증속장치의 내부에 수직으로 설치되어 구조를 지탱하고 동시에 수평 유입구(20)의 면적(A1)에 비하여 수직 유출구(30)의 면적(A2)을 감소시켜주기 위한 구조물로서, 도 3의 평면도를 참고하면 차단판(12)이 설치되는 구조가 잘 나타난다.

유속의 증가를 위하여 수평방향 입구면적(A1)과 수직방향 출구면적(A2)의 비율은 10:1 이상의 비율로 조정되는 것이 바람직하며, 이는 연돌(10)의 반경(D)과 배출가스 증속장치의 높이(L), 배출가스 증속장치의 하부 반경(R) 등의 치수에 의해 결정된다.

이와 같은 배출가스 증속장치의 가로/세로비, 즉 (R-D)/L는 1 이상의 값을 가지도록 함으로써 배출가스 증속장치 단면의 노즐형상을 공기역학적으로 부드럽게 제작함으로써 풍향의 변화와 풍속의 증가를 효율적으로 할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 배출가스 증속장치는 별도의 동력을 사용하지 않더라도 대기 중의 바람을 효과적으로 이용하여 단지 풍향과 풍속을 전환하여 연돌로부터 배출되는 배기가스에 추가적인 상승력을 제공함으로써 결과적으로 배기가스가 대기의 상부로 원활하게 상승하며 확산될 수 있도록 하며, 수평으로 부는 대기의 바람이 장치의 내부로 불어들어가서 풍속이 증가되어 수직방향으로 토출되는 효과 이외에도 배출가스 증속장치의 외부형상을 따라 풍향이 수직방향으로 전환되는 풍속(V₃)을 유도함으로써 추가적인 증속효과를 기대할 수 있다.

실시예

본 발명에 따른 배출가스 증속장치의 효과를 입증하기 위해서 다음과 같은 실험을 실시하였다.

도 4는 본 발명에 따라 연돌에 설치된 배출가스 증속장치에 의해 발생하는 상승유속을 측정하기 위하여 설치된 풍속계의 위치를 도시한 도면이다.

본 실험에 사용된 연돌의 높이(H)는 12.5m이고 직경(2D)은 30cm이며, 실험이 진행되는 동안의 배출가스의 평균유속(V)은 1.24㎧이며, 배출가스의 오염물질의 평균농도(C)는 75ppm이다.

도 4에 표시된 바와 같이 실험을 위해 연돌 배출구 높이에 수평방향의 대기풍속(V₁)을 측정할 수 있도록 1번 풍속계(cup anemometer)(16)를 설치하였으며, 증속장치로부터 토출되는 수직방향의 풍속(V₂)을 측정할 수 있도록 수직 유출구(30)의 상단에 2번 풍속계(Pitot tube)(15)를 설치하였으며, 연돌(10)로부터 배출되는 배기가스의 상승유속(V)을 측정할 수 있도록 연돌 중심선에서 배출구 상단으로 연돌 직경의 2배(4D)만큼 이격된 위치에 3번 풍속계(Pitot tube)(14)를 설치하였다.

수평방향의 대기풍속(V₁)은 동일한 풍향으로 바람이 10분 이상 지속되는 경우만 유효한 것으로 판정하여 기록하였고, 이때의 토출풍속(V₂)을 측정하여 도 5에 그래프로 나타내었다.

도 5에 정리된 실험결과에서와 같이 수평방향 대기풍속(V₁)에 비해 2배 이상 토출풍속(V₂)이 가속되어 결과적으로 연돌에서 배출되는 배기가스의 상승유속, 즉 배출유속(V)을 최대 2배까지 가속시키는 것을 확인하였다.

대기오염물질이 배출된 배기가스는 배출 유속이 증가할수록 대기상부로 원활하게 확산됨으로써 인간의 생활권인 지면으로 내려오는 대기오염물질의 농도는 급격히 감소한다는 것은 잘 알려진 과학적인 원리이자 실험결과이며, 본 발명의 배출가스 증속장치가 설치된 연돌을 통하여 별도의 동력없이 대기 바람을 효과적으로 이용하여 배출가스의 상승유속을 증속시킴으로써 결과적으로 연돌의 하류방향으로의 대기오염물질 지면농도를 저감시키는 역할을 하게 됨을 확인하였다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면 배출가스 증속장치는 별도의 동력을 이용하지 않고서도 단지 대기의 바람을 효과적으로 이용하여 유체역학적인 원리에 의해 수평방향의 대기바람을 수직방향의 상승기류로 전환함과 동시에 풍속을 증속시킴으로써 결과적으로 배출가스의 상승유속을 증가시켜 원활한 확산을 촉진함으로써 풍하지역의 대기오염물질 지면농도를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 크기가 서로 다른 깔때기 모양의 두 금속 프레임(11),(13)이 일정 유격을 갖도록 복수 개의 차단판(12)에 의해 지지되는 구조로 연돌(10)의 상부에 설치되고, 상기 복수 개의 차단판(12)에 의해 구획되는 각각의 공간부는 수평측 유입부(20)와 수직측 유출부(30)가 서로 연통되게 형성되며, 상기 수평측 유입부(20)를 통해 유입되는 수평방향의 바람을 상기 수직측 유출부(30)로 유출시켜 수직 방향의 상승기류로 전환시키는 배출가스 증속장치의 가로ㆍ세로비[배출가스 증속장치의 하부 반경(R)-연돌(10)의 반경(D)/배출가스 증속장치의 높이(L)]가 1 이상의 값을 가지도록 함으로써 배출가스 증속장치 단면의 노즐형상을 공기역학적으로 부드럽게 제작하여 풍향의 변화와 풍속의 증가를 효율적으로 할 수 있는 것을 특징으로 하는 배출가스 증속장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수평측 유입부(20)의 면적과 수직측 유출부(30)의 면적 비율을 10:1 이상 20:1 이하인 것을 특징으로 하는 배출가스 증속장치.

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