KR100892398B1 - 유증기 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유증기 냉각장치는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축액화하는 응축기 및 냉매를 기화시켜 유증기를 냉각응축하는 증발기를 포함하되, 상기 증발기는, 냉매가 순환되는 냉매순환관과, 상기 냉매순환관에 부착되는 냉각핀과, 유증기를 안내하도록 설치되는 배플 및 액상으로 변화된 유증기를 안내하는 액상유로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 휘발성 유증기가 대기로 배출되지 않도록 액화 응축하는 효과를 제공한다.

유증기, 냉각, 응축, 회수

Description

유증기 냉각장치{Condensation refrigerator of volatile organic compound}

본 발명은 유증기 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘발성 유증기가 대기로 누출되지 않도록 액화 응축하여 효율적으로 회수하는 유증기 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Componds)(이하, '유증기')은 증기압이 높아 대기중에 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상의 유기화합물을 통칭하는 것으로 벤젠이나 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 스틸렌, 아세트알데히드 등이 이에 속한다.

상기와 같은 유증기는 호흡기 흡입을 통해 신경계에 장해를 일으키는 발암물질로 백혈병, 중추신경 장애, 염색체 이상 등을 유발시키는가 하면, 장기간 노출시 오존층 파괴와, 지구온난화, 그리고 유증기의 연쇄반응에 의하여 광화학 산화물이 생성되어 광화학 스모그 등을 일으켜 눈의 자극, 가시거리 저하, 동식물 및 농작물에 피해를 줄뿐만 아니라 대기중의 SO₂를 산화시켜 산성비의 원인이 되는 황산의 생성을 촉진시킨다.

또한, 유증기 중 많은 물질이 낮은 농도에서도 냄새가 감지되며 거의 대부분 자극적이고 불쾌한 냄새를 함유하고 있어 생활환경에 막대한 영향을 미치게 된다.

상기 유증기는 대부분 인간의 산업 활동에 의해 인위적으로 많이 발생되고, 주로 석유화학 및 정유공장, 자동차 배기가스, 페인트나 접착제 등의 건축자재, 주유소의 저장탱크, 세탁소 등 그 발생원도 다양하다.

이에 따른 대책으로 1999년 10월 개정된 대기환경보전법시행령에 근거하여 대기환경규제지역을 확대하고 대기환경규제지역으로 지정된 지역안의 석유정제 및 석유화학제품 정제 시설이나 저장 및 출하시설, 주유소, 세탁시설 등은 배출억제 및 방지시설을 반드시 설치해야 한다고 규정하고 있다.

이러한 유해요소는 대기로 배출되기 이전에 제어되어야 하는데, 현재까지의 처리기술은 크게 파괴기술과 회수기술로 분류되며, 회수기술은 냉각 응축하여 회수하는 장치가 대표적이다.

이하, 종래의 유증기 냉각회수장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래기술에 따른 유증기 냉각회수장치를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 'A-A'부 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 유증기 냉각회수장치는, 직육면체 형태로 형성되되, 일측 저부에는 유입구(11)가, 타측 상·하부에는 배출구(12)와 배출공(13)이 각각 구비된 케이스(10)와, 상기 케이스(10) 내부의 좌 측부에 설치되되, 원통형의 망구조로 형성되는 다수개의 백필터(21)와 기류 및 분진이 이송되는 유통구(22a)를 갖는 경로박스(22)와 분진의 잔존물을 받아서 배출이 용이하도록 구성된 분진서랍(23)이 순차적으로 설치되어 1차적으로 유해분진를 포집하도록 구성된 1차 여과부(20)와, 상기 케이스(10) 내부의 우측부에 설치되되, 냉매탱크(31)와 냉각코일(32)을 구비하여 기류를 냉각응축하여 액화시키고 배출부(34)로 회수되도록 구성된 응축회수부(30)로 구성된다.

또한, 상기 응축회수부(30) 측부에는 필터 형태로 설치되어 2차적으로 미세 유해입자 및 악취를 제거하는 2차 여과부(40)가 구비되며, 상기 케이스(10) 내부의 우측 상부에 설치되며 팬모터(51)를 가동시켜 유입된 기류가 상부로 이송되면서 정화·배출될 수있도록 하는 취출부(50)가 구비된다.

그러나, 종래기술에 따른 유증기 냉각회수장치는 유증기가 냉각코일(32)을 1회 통과하여 냉각 응축하므로 응축효율이 떨어지는 문제점이 있게 된다.

아울러, 통상의 유증기는 비중이 각기 다른 유기화합물로 구성되는 바, 비중이 큰 유증기는 냉각코일(32)과의 짧은 열교환에 의해 응축되어 유증액으로 변화되지만 비중이 작은 유증기는 냉각코일(32)과의 짧은 열교환으론 응축되지 않아 유증기가 대기중으로 방출되는 문제점이 있게 된다.

예컨데, 휘발성 석유로 구성된 유증기의 경우, 고비중의 유증기 성분(C12-C9)은 냉각응축하여 액상으로 변화되지만, 저비중의 유증기 성분(C9-C4)은 냉각응축되지 않아 기체상태를 유지하게되어 결국 대기로 배출될 수 밖에 없다.

즉, 상술한 종래기술에 따른 유증기 냉각회수장치에 따르면, 비중이 각기 다 른 유증기를 냉각 응축하는 구조는 개시된 바 없다.

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 휘발성 유증기가 대기로 배출되지 않도록 액화 응축하는 유증기 냉각장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 비중이 각기 다른 유기화합물로 이루어진 유증기를 비중에 따라 각각 냉각 응축할 수 있는 유증기 냉각장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유증기 냉각장치는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축액화하는 응축기 및 냉매를 기화시켜 유증기를 냉각응축하는 증발기를 포함하되, 상기 증발기는, 냉매가 순환되는 냉매순환관과, 상기 냉매순환관에 부착되는 냉각핀과, 유증기를 안내하도록 설치되는 배플 및 액상으로 변화된 유증기를 안내하는 액상유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각핀은 복수의 챔버에 의해 구획되며, 어느 하나의 챔버는 동일한 배치간격을 가지는 복수의 냉각핀을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 챔버는 1개 이상의 배플을 포함하며, 상기 배플은 유증기가 상하로 교대로 이동하도록 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각핀의 간격은, 유증기 이송방향으로 따라 후방의 챔버로부터 전방의 챔버 방향으로 줄어드는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배플의 간격은, 유증기 이송방향으로 따라 최후방 챔버로부터 그보다 전방의 적어도 일부 챔버까지 줄어드는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 증발기에는 유증기 배출구가 구비되며, 상기 유증기 배출구에는 필터가 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 필터는, 케이스와, 상기 케이스의 개방된 단부를 개폐하도록 설치되는 도어와, 상기 케이스에 설치되는 메시부재와, 상기 메쉬부재 상단에 얹혀지는 탈취제 및 상기 탈취제를 양측에서 지지하도록 상기 케이스에 설치되는 가이드로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유증기 냉각장치에 따르면, 휘발성 유증기가 대기로 배출되지 않도록 액화 응축하는 효과를 제공한다.

이에 따라, 유증기가 대기중으로 배출되지 않으므로 환경오염 및 인체에 주는 영향을 줄여주는 효과를 제공한다.

또한, 다수의 챔버로 구획되어 비중이 각기 다른 유기화합물로 이루어진 유증기를 비중에 따라 각각 냉각 응축할 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 휘발성 유증기 중에서도 휘발성 석유가 주로 사용되는 주유소를 예로하여 본 발명에 따른 유증기 냉각장치를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유증기 냉각장치가 적용된 주유소를 도시한 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 유증기 냉각장치를 도시한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 유증기 냉각장치의 증발기를 확대 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 유증기 냉각장치의 필터를 확대 도시한 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유증기 냉각장치가 적용된 주유소(A)는, 탱크로리로부터 오일을 공급받는 탱크(T), 상기 탱크(T)와 연결되는 유증기 배출관(100)과, 일단은 상기 유증기 배출관(100)과 연결되며 타단은 상기 탱크(T)와 연결되는 회수관(200)과, 상기 회수관(200)에 설치되어 유증기를 포집하며 감지센서(310)가 구비되는 버퍼탱크(300) 및 상기 버퍼탱크(300)를 거친 유증기를 응축하여 액상으로 변화시키는 유증기 냉각장치(400)로 구성된다.

또한, 주유기(500)에는 진공펌프(510)가 설치되어 차량에 주유시 발생하는 유증기를 주유건(520)을 통해 흡입하여 탱크(T)로 회수한다.

그리고, 상기 탱크(T)에는 유류가 공급되는 유류공급관(102)과, 주유기(500)로부터 유증기가 회수되는 유증기 회수관(103)이 구비된다.

결국, 탱크(T) 및 차량에 주유시 발생되는 유증기는 회수되어 회수관(200)을 통과하게 된다.

여기서, 탱크로리측의 유류공급 및 회수를 스테이지Ⅰ(stageⅠ) 주유기(500)측의 주유 및 회수를 스테이지Ⅱ(stageⅡ)로 구분한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회수관(200)을 순환하는 유증기의 압력을 상기 감지센서(310)가 측정하여 셋팅압력에 도달하면 신호를 발생시키며, 그 신호는 유증기 냉각장치(400)에 전달되어 가동됨으로써 유증기를 냉각응축하여 액상으로 변화시킨다.

한편, 상기 감지센서(310)는 유증기의 압력을 측정할 수 있는 압력센서(Pressure Senser) 또는 압력전송기(Pressure Transmitter)가 적용되는 것이 바람직하며, 상기 감지센서(310)의 일측으로 유증기의 압력을 시각적으로 보여줄 수 있는 압력게이지(320)가 구비된다.

또한, 상기 회수관(200)에는 상기 감지센서(310)의 신호에 의해 개폐되는 컨트롤 밸브(210)가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 유증기 배출관(100)에는 탱크로리의 유증기 회수관과 연결되는 연결구(110)가 더 구비될 수 있으며, 상기 연결구(110)는 본 출원인이 선출원한 한국등록특허 제596,073호에 기재된 '유증기 회수장치' 등이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 유증기 배출관(100)에는 유증기가 상한 설정압력 또는 하한 설정압력에 도달한 경우 자동으로 개방되는 배기 밸브(120)가 설치된다.

한편, 상술한 감지센서(310)의 설정압력은 배기 밸브(120)의 상한 설정압력보다 낮도록 설정한다. 이는, 배기 밸브(120)의 설정압력이 감지센서(310)의 상한 설정압력보다 낮을 경우에는 유증기가 회수관(200)으로 순환하기 전에 배기 밸브(120)를 통해 대기중으로 방출될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.

그리고, 미설명 부호 101은 관로를 개폐하는 밸브로서 연결구(110)를 사용하는 종래의 회수 방법을 선택정으로 적용할 수 있게 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 유증기 냉각장치를 설명한다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 유증기 냉각장치(400)는, 냉매를 압축하는 압축기(410)와, 압축된 냉매를 응축액화하는 응축기(420) 및 냉매를 기화시켜 유증기를 냉각응축하는 증발기(430)로 구성된다.

한편, 상기 유증기 냉각장치(400)에는 리시버 탱크(401), 필터 드라이어(402), 사이트 글라스(403), 솔레노이드 밸브(404), 익스팬션 밸브(405) 및 어큐물레이터(406) 등이 구비될 수 있으며, 이와 같은 구성은 일반적인 냉각시스템에 적용되는 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 증발기(430)는 냉매가 순환되어 열교환을 일으키는 냉매순환관(431)과, 상기 냉매순환관(431)에 부착되어 전열면적을 증대시켜 열교환 효율을 상승시키는 냉각핀(432)과, 유증기를 강제로 안내하여 상,하로 교대로 흐르게 하여 난류효과를 발생시키며 전열효과를 높여주도록 설치되는 배플(433) 및 액상으로 변화된 유증기를 탱크(T)로 안내하는 액상유로(434)로 구성된다.

상기 액상유로(434)는 배플(433)의 증발기(430) 바닥면에 인접하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 증발기(430)의 바닥면은 후술하는 응축액 배출구(439)를 향해 하향 경사진 구배를 가지고 있어 응축액이 자연스럽게 배출되도록 하는 것이 좋다.

한편, 상기 증발기(430)에는 상기 냉매순환관(431)과 연통되며 상기 응축기(420)에서 응축된 냉매가 유입되는 냉매유입부(435) 및 유증기와 열교환후 냉매를 피드백하는 냉매출구부(436)가 구비된다. 아울러, 유증기가 유입하는 유증기 입구(437)가 형성되고, 응축되고 남은 일부 가스가 대기로 배출되는 잔여가스 배출구(438)가 구비되며, 응축된 유증기액이 배출되는 응축액 배출구(439)가 형성된다.

그리고, 상기 냉각핀(432)과 배플(433)은 응축구간으로 구획되며, 상기 응축구간은 제1응축구간(430A) 내지 제4응축구간(430E)으로 구성된다. 어느 하나의 응축구간에는 냉각핀(432)의 배치간격이 일정하다.

또한, 상기 냉각핀(432)의 간격은 제1응축구간(400A)(유증기 이송방향을 따라 최후방 응축구간)에서 제4응축구간(400D)(최전방 응축구간) 방향으로 줄어들도록 형성되며, 상기 배플(433)의 간격은 제1응축구간(400A)에서 제3응축구간(400C) 방향으로 줄어들도록 형성된다.

그리고, 상기 제4응축구간(400E)의 배플(433) 간격은 제3응축구간(400C)의 배플(433) 간격보다 넓어지도록 형성되어도 된다. 이는 농도가 최소화된 상태에서 배플(433)의 간격이 유증기의 흐름에 영향을 거의 주지 않기 때문이다.

결국, 상기 냉각핀(432) 및 배플(433)의 간격을 응축구간마다 다르게 형성하여 서로 비중이 다른 유기화합물로 구성된 유증기를 그 비중에 따라 각각 제1응축구간(400A), 제2응축구간(400B), 제3응축구간(400C) 및 제4응축구간(400D)로 나누어 응축함으로써 비중에 따른 유속조정 및 전열효과가 향상되어 응축효율을 높여주게 되는 것이다.

예컨대, 상기 제1응축구간(400A)은 비중이 가장 큰 유증기에 포함된 수분을 냉각응축하여 액상으로 변화시키며, 상기 제2응축구간(400B)은 고비중의 유증기 성분(C12-C9)을 냉각응축하여 액상으로 변화시키고, 상기 제3응축구간(400C)은 저비중의 유증기 성분(C9-C4)을 냉각응축하여 액상으로 변화시키며, 제4응축구간(400D)은 액상으로 변화되지 않은 잔여 유증기 성분을 마지막으로 냉각응축하여 액상으로 변화시키게 된다.

따라서, 탄소량이 커서 비중이 큰 유증기 성분은 먼저 응축되고, 비중이 작은 유증기는 초반에 예냉된 후 뒤쪽 구간에서 응축되는 것이다.

결국, 응축이 진행됨에 따라 유증기의 농도가 감소하게되고, 이에 맞추어 냉각핀(432)의 간격을 점차 줄임으로써 전체적으로 유증기의 흐름을 원활하게 할 수 있고, 균일한 유속을 유지시켜 응축 계수의 저하를 방지하며 또한 냉각핀(432)의 열전도율을 향상시켰다.

한편, 상기 응축구간은 4개로 구획되어 있으나 필요에 따라(또는 연료 종류에 따라) 5개 이상으로 구획될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 유증기 배출구(438)에는 증발기를 거치면서 응축되지 않은 잔여 유증기 성분의 악취를 제거하는 필터(440)가 설치된다.

여기서, 상기 필터(440)는 유증기 유입구(441a) 및 배출구(441b)가 형성되는 케이스(441)와, 상기 케이스(441)의 개방된 단부를 개폐하도록 설치되는 도어(442)와, 상기 케이스(441)에 설치되는 메시부재(443)와, 상기 메쉬부재(443) 상단에 얹혀지는 탈취제(444) 및 상기 탈취제(444)를 양측에서 지지하도록 상기 케이스(441)에 설치되는 'ㄷ'자형 가이드(445)로 구성된다.

상기 가이드(445)의 형상은 'ㄷ'자로 정해진 것은 아니며 탈취제(444)를 양쪽에서 잡아주는 형상이면 충분하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 유증기 냉각장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 'A-A'부 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유증기 냉각장치가 적용된 주유소를 도시한 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 유증기 냉각장치를 도시한 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따른 유증기 냉각장치의 증발기를 확대 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 유증기 냉각장치의 필터를 확대 도시한 사시도이다.

*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*

A - 주유소 100 - 유증기 배출관

101 - 밸브 102 - 유류공급관

103 - 유증기 회수관 110 - 연결구

120 - 배기밸브 200 - 회수관

210 - 컨트롤 밸브 300 - 버퍼탱크

310 - 감지센서 320 - 압력게이지

400 - 유증기 냉각장치 401 - 리시버 탱크

402 - 필터 드라이어 403 - 사이트 글라스

404 - 솔레노이드 밸브(404) 405 - 익스팬션 밸브

406 - 어큐물레이터 410 - 압축기

420 - 응축기 430 - 증발기

431 - 냉매순환관 432 - 냉각핀

433 - 배플 434 - 액상유로

435 - 냉매유입부 436 - 냉매출구부

437 - 유증기 입구 438 - 유증기 배출구

439 - 응축액 배출구 500 - 주유기

510 - 진공펌프 520 - 주유건

Claims (7)

1. 냉매를 압축하는 압축기와,

   압축된 냉매를 응축액화하는 응축기 및

   냉매를 기화시켜 유증기를 냉각응축하는 증발기를 포함하되,

   상기 증발기는,

   냉매가 순환되는 냉매순환관과, 상기 냉매순환관에 부착되는 냉각핀과, 유증기를 안내하도록 설치되는 배플 및 액상으로 변화된 유증기를 안내하는 액상유로를 포함하고,

   상기 냉각핀은 복수의 응축구간에 의해 구획되며, 어느 하나의 응축구간은 동일한 배치간격을 가지는 복수의 냉각핀을 포함하며,

   상기 응축구간은 1개이상의 배플을 포함하며, 상기 배플은 유증기가 상하로 교대로 이동하도록 형성되고,

   상기 냉각핀의 간격은, 유증기 이송방향으로 따라 후방의 응축구간으로부터 전방의 응축구간 방향으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 배플의 간격은, 유증기 이송방향으로 따라 최후방 응축구간으로부터 그보다 전방의 적어도 일부 응축구간까지 줄어드는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 증발기에는 유증기 배출구가 구비되며, 상기 유증기 배출구에는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 필터는,

   케이스와,

   상기 케이스의 개방된 단부를 개폐하도록 설치되는 도어와,

   상기 케이스에 설치되는 메시부재와,

   상기 메쉬부재 상단에 얹혀지는 탈취제 및

   상기 탈취제를 양측에서 지지하도록 상기 케이스에 설치되는 가이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각장치.

Images