KR100902656B1 - 공기역학적 응축성 타르 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르 제거장치는, 상부에 유입구 및 유출구가 형성되고 하부에 포집부가 형성된 사이클론; 배기가스가 상기 사이클론으로 유입되도록 상기 사이클론의 유입구와 연결된 유입관; 상기 사이클론을 통과한 배기가스가 외부로 유출되도록 상기 사이클론의 유출구와 연결된 유출관; 상기 유출관과 연결되어 상기 배기가스를 유동시키는 송풍기; 및 상기 사이클론의 유입구에 구비되어 상기 사이클론으로 유입되는 배기가스를 냉각시키는 단열팽창 노즐을 포함할 수 있다.

개시된 공기역학적 응축성 타르 제거장치에 따르면, 공기역학적 단열팽창만으로 충분한 냉각과 응축효과를 달성할 수 있어 폐수를 발생을 억제할 수 있고 설비가 간단한 장점이 있다. 또한, 필요시 최소한 수분만을 공급하여 배기가스내의 타르를 제거할 수 있어 폐수의 발생을 최소한으로 줄이며 상기 타르의 포집효율을 최대한으로 높일 수 있는 장점이 있다.

사이클론, 타르, 단열팽창 노즐, 포집부, 송풍기

Description

공기역학적 응축성 타르 제거장치{Aerodynamic removing apparatus for condensible tar in exhaust gas}

본 발명은 폐비닐과 같은 고분자 수지류 및 폐플라스틱 등의 고분자 폐기물을 재활용하기 위한 용융과정에서 발생하는 배기가스 중에 함유된 응축성 타르를 간단한 공정으로 용이하게 제거하기 위한 공기역학적 타르제거장치에 관한 것이다.

오늘날 세계적으로 자원 재활용이 매우 중요한 관심사로 대두되면서 폐비닐이나, 포장지류 또는 폐플라스틱류의 고분자 폐기물의 재활용이 크게 확대되고 있는 추세이다.

재활용에 있어 큰 비중을 차지하고 있는 기술은 상기와 같은 폐기물을 용융하여 재활용자원으로 재생시키는 자원화기술로써, 대표적으로 용융기가 사용되고 있다.

자세히 설명하면, 상기 용융기는 열을 이용하여 폐비닐, 포장지류 또는 폐플라스틱류와 같은 고분자 폐기물을 녹여 겔(gel)상태로 만들고 이를 프레스 등을 이용하여 성형함으로써 재활용 제품으로 생산하는 것이다.

상기 용융기에서는 상기의 고분자 폐기물을 겔상으로 만들기 위하여 가열이 이루어지므로 상기 가열과정에서 열분해가 일어나면서 고분자의 사슬이 파괴되고, 이에 따라 저분자의 가스나, 응축성 오일 또는 타르가 발생하게 된다.

상기와 같은 응축성 물질들은 고온에 의해 증발되어 배기가스 중에 함유되게 되고 배출을 위한 이송관로를 통해 이송된다.

그러나 상기 응축성 물질들은 증발된 상태로 끝까지 배출되지 못하고 이송관로에서 대부분이 빠르게 응축되면서 배기가스 중의 분진 등과 함께 혼합되면서 관로 중에 점착된다.

상기와 같이 침착된 타르는 점점 관로를 좁게 만들고 종국에는 완전히 폐색하게 되어 배기가스의 이송을 불가능하게 하여 공장 내부에 배기가스가 퍼지게 하여 작업환경을 오염하게 되고 작업자가 흡입함으로써 건강을 해칠 수 있다.

또한, 상기 이송관로 내에 점착된 타르는 높은 발열량을 가진 가연성 물질이므로 우발적인 점화원에 의해 착화되어 화재를 유발하기도 한다.

또한, 대기 환경적으로 매우 유해한 물질이므로 그대로 대기 중으로 방출되지 말아야 한다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 종래에는 습식세정기나 습식전기집진기 등을 사용하여 상기 배기가스를 정화하였으나, 설비비나 운영비가 많이 들게 되어 대부분 영세한 재생사업장의 현실에 적합하지 못한 단점이 있다.

또한, 상기와 같은 습식세정기나 습식전기집진기에 의한 정화는 폐수의 발생으로 인해 이차 공해를 유발하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 배기가스 중에 함유된 응축성 타르성분을 고분자 폐기물류의 재활용장치와 근접 지점에서 제거함으로써 이송관로 내에서 상기 타르성분이 응축되는 것을 막고, 습식세정방식을 사용할 필요가 없어 비용이 절감되고 수질오염을 없앨 수 있는 공기역학적 응축성 타르제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르 제거장치는 상부에 유입구 및 유출구가 형성되고 하부에 포집부가 형성된 사이클론; 배기가스가 상기 사이클론으로 유입되도록 상기 사이클론의 유입구와 연결된 유입관; 상기 사이클론을 통과한 배기가스가 외부로 유출되도록 상기 사이클론의 유출구와 연결된 유출관; 상기 유출관과 연결되어 상기 배기가스를 유동시키는 송풍기; 및 상기 사이클론의 유입구에 구비되어 상기 사이클론으로 유입되는 배기가스를 냉각시키는 단열팽창 노즐을 포함할 수 있다.

상기 유입관에는, 상기 배기가스로 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 사이클론은 복수로 구비되며 상기 복수의 사이클론이 직렬 또 는 병렬로 연결될 수 있다.

또한, 상기 사이클론은 직렬 연결된 제1사이클론, 제2사이클론 및 제3사이클론으로 구비되되, 상기 제1사이클론과 제2사이클론은 상기 제1사이클론의 유출구와 제2사이클론의 유입구를 연결하는 제1연결관에 의해 연통되고, 제2사이클론과 제3사이클론은 상기 제2사이클론의 유출구와 제3사이클론의 유입구를 연결하는 제2연결관에 의해 연통되며, 상기 제1연결관 및 제2연결관에는 상기 배기가스로 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐이 구비될 수 있다.

상기 단열팽창 노즐은 벤튜리 노즐로 구비될 수 있다.

상기 벤튜리 노즐은 다공으로 형성될 수 있다.

상기 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐은 초음파를 이용한 무화기로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르 제거장치는 공기역학적 단열팽창만으로 충분한 냉각과 응축효과를 달성할 수 있어 폐수를 발생을 억제할 수 있고 설비가 간단한 장점이 있다.

또한, 필요시 최소한 수분만을 공급하여 배기가스내의 타르를 제거할 수 있어 폐수의 발생을 최소한으로 줄이며 상기 타르의 포집효율을 최대한으로 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 고점성의 타르가 함유되어 있는 배기가스는 일반 연기나 미세분진의 제거에 사용되는 백필터를 사용할 수 없으나 본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타 르제거장치를 거친 후에는 백필터와 같이 폐수가 발생하지 않는 일반화된 후처리설비를 사용할 수 있게 되므로 더욱 효과적이다.

또한, 본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르제거장치는 고분자폐기물의 재활용을 위한 용융기에서 발생하는 응축성 타르 함유 배기가스 중의 응축성분을 효율적으로 제거할 수 있으며, 폐플라스틱의 열분해 오일화 공정에서 기존의 열교환기를 이용한 응축장치의 대용으로도 사용할 수 있으며, 음식물 쓰레기의 처리공정에서 발생하는 배기가스 중의 응축성 물질을 처리하는 데에도 적용할 수 있어 적용성이 매우 광범위 하고, 환경오염 방지 측면에서 매우 큰 효과를 가질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 역학적 응축성 타르 제거장치가 도시된 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 공기 역학적 응축성 타르 제거장치의 단열팽창 노즐이 도시 된 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 공기 역학적 응축성 타르 제거장치에서 복수의 사이클론이 이용된 실시예가 도시된 구성도, 도 4는 도 3의 상면도이다.

본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르 제거장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 유입구(111) 및 유출구(113)가 형성되고 하부에 포집부(115)가 형성된 사이클론(110)과, 배기가스가 상기 사이클론(110)으로 유입되도록 상기 사이클론(110)의 유입구(111)와 연결된 유입관(120)과, 상기 사이클론(110)을 통과한 배기가스가 외부로 유출되도록 상기 사이클론(110)의 유출구(113)와 연결된 유출관(130)과, 상기 유출관(130)과 연결되어 상기 배기가스를 유동시키는 송풍기(미도시) 및 상기 사이클론(110)의 유입구(111)에 구비되어 상기 사이클론(110)으로 유입되는 배기가스를 냉각시키는 단열팽창 노즐(V)을 포함한다.

상기 사이클론(110)은 원통형으로 형성되어 원심력을 이용해 포집하는 장치이며, 이에 한정되지 않고 원통형, 사각형 또는 다각형 등의 다양한 형태로 구성될 수 있으며 관성 집진기로도 구성이 가능함은 물론이다.

상기 포집부(115)의 하부에는 포집된 타르를 배출할 수 있는 배출밸브(117)가 구비된다.

상기 유입관(120)은, 고분자 폐기물류의 용융기에서 발생된 배기가스를 포집하는 후드와 연결되며 상기 배기가스에는 타르 등의 유해성분이 포함되어 있다.

상기 송풍기는 상기 배기가스의 유동을 위해 구비되며, 상기 유출관(130)은 필요에 따라 세정기와 연결될 수 있다.

여기서, 상기 사이클론이 복수로 구비될 수 있으며, 상기 복수로 구비된 사 이클론이 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

상기 단열팽창 노즐(V)은 벤튜리 노즐로 이루어진다. 바람직하게는 벤튜리 노즐은 다공으로 형성된다. 즉, 상기 단열팽창 노즐(V)은 상기 배기가스의 유동방향으로 다수의 홀(H)이 형성된 다공 벤튜리 노즐로 형성된다.

또한, 상기 유입관(120)에는, 상기 배기가스로 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐(N)이 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 분사노즐(N)은 상기 배기가스로 물을 분사하는 물분사 노즐 또는 상기 배기가스로 증기를 분사하는 증기분사 노즐로 형성된다.

또한, 상기 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐(N)은 초음파를 이용한 무화기로 이루어 질 수 있다.

여기서, 상기 사이클론은 직렬 연결된 제1사이클론(210), 제2사이클론(310) 및 제3사이클론(410)으로 구비되되, 상기 제1사이클론(210)과 제2사이클론(310)은 상기 제1사이클론(210)의 유출구와 제2사이클론(310)의 유입구를 연결하는 제1연결관(C1)에 의해 연통되고, 제2사이클론(310)과 제3사이클론(410)은 상기 제2사이클론(310)의 유출구와 제3사이클론(410)의 유입구를 연결하는 제2연결관(C2)에 의해 연통되며, 상기 제1연결관(C1) 및 제2연결관(C2)에는 상기 배기가스로 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐(N)이 구비된다.

즉, 상기 분사노즐(N)은 상기 배기가스로 물을 분사하는 물분사 노즐 또는 상기 배기가스로 수증기를 분사하는 증기분사 노즐이 구비된다. 또한, 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐(N)은 초음파를 이용한 무화기로 이루어 질 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르 제거장치는 도 1과 같이 하나의 사이클론(110)으로 구성될 수 있지만, 도 3과 같이 복수의 사이클론(210,310,410)이 직렬로 연결되어 구성된다. 물론, 복수의 사이클론이 병렬로 연결될 수도 있다.

상기 제1사이클론(210), 제2사이클론(310) 및 제3사이클론(410)의 유입구에는 상기와 같은 단열팽창 노즐(V)이 구비되며, 상기 단열팽창 노즐(V)이 벤튜리 노즐, 특히 다수의 홀(H)이 형성된 다공의 벤튜리 노즐로 형성될 수 있음은 물론이다. 물론 상기 제1사이클론(210), 제2사이클론(310) 및 제3사이클론(410)에 구비된 단열팽창용 노즐(V)은 각각의 사이클론에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 왜냐하면, 제1사이클론(210), 제2사이클론(310) 및 제3사이클론(410)에 유입되는 배기가스의 타르함유정도가 다르기 때문이다.

또한, 상기 제1사이클론(210), 제2사이클론(310) 및 제3사이클론(410)의 포집부(215, 315, 415)에는 배출밸브(217,317,417)가 구비된다.

제1사이클론(210)의 유입구는 유입관(220)과 연결되고, 제3사이클론(410)의 유출구는 유출관(420)과 연결된다. 상기 유출관(420)이 송풍기와 연결될 수 있음은 물론이다.

상기 제1연결관(C1) 및 제2연결관(C2)에는 상기 배기가스로 물을 분사하는 물분사 노즐 또는 상기 배기가스로 수증기를 분사하는 증기분사 노즐이 구비될 수 있다. 또한, 상기 증기분사 노즐은 초음파를 이용한 무화기로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기역학적 응축성 타르 제거장치의 작 용효과를 설명하면 다음과 같다.

일단, 폐비닐, 폐플라스틱과 같은 고분자 폐기물류의 재활용을 위한 용융기에서 발생되는 타르와 같은 응축성 물질을 함유한 배기가스는 상기 유입관(120)을 통하여 사이클론의 내부로 유입된다.

상기 배기가스는 응축성 물질이 기체 상태로 있을 정도의 고온이므로 배기가스를 냉각시키기 위하여 물분사 노즐에서 물을 분사한다. 여기서 물은 미세한 수적으로 되어 배기가스와 혼합되면서 냉각되어 타르의 응축이 용이하도록 한다.

상기와 같이 물분사 노즐에서 분사된 물에 의하여 냉각된 배기가스는 단열팽창 노즐(V)을 통과하면서 공기역학적으로 단열팽창되어 급격히 냉각되게 된다. 이때, 상기 배기가스 중에 함유되어 있던 타르와 같은 응축성 물질은 순간적으로 응축되면서 원심력을 가지게 된다.

상기 단열팽창 노즐(V)은, 상기 배기가스를 급속하게 냉각시키기 위해 벤튜리 노즐을 사용하며, 상기 벤튜리 노즐은 하나의 홀(H)로 형성될 수 있지만 다수의 홀(H)이 형성된 벤튜리 노즐로 형성될 수 있다.

여기서 동절기 등 외부 기온이 낮아서 배기가스의 온도가 낮고 응축성 타르의 점도가 너무 낮을 경우에는 사이클론에서의 유동성이 너무 낮게 되어 하부로의 유동이 곤란하게 된다. 상기와 같은 경우에는 상기 단열팽창 노즐(V)이 막힐 우려가 있으므로 증기분사 노즐이 사용되어 상기 단열팽창 노즐(V)이 막히는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게는 상기 포집된 타르의 유동성을 유지하기 위해 상기 사이클론(110)의 외부에는 테이프 히터 등의 발열체를 감는다.

즉, 상기 물분사 노즐 및 증기분사 노즐은 상기 배기가스의 급속냉각을 도와주기 위해 필요한 것이므로, 상기 배기가스가 단열팽창 노즐(V)만으로 충분한 냉각이 이루어 질 수 있는 상태인 경우에는 상기 물분사 노즐 및 증기분사 노즐은 제거될 수 있다.

한편, 상기와 같이 원심력에 의해 회전되는 타르와 같은 응축성 물질은 상기 사이클론의 내벽에 충돌하면서 포집되게 된다. 포집된 타르는 사이클론의 내벽을 타고 하부로 이동하여 포집부(115)에 저장되게 되고 배출밸브(117)를 통해 외부로 배출된다.

또한, 상기와 같이 타르가 제거된 배기가스는 유출관(130)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 유출관(130)은 미세한 잔류 비응축성 공해물질을 제거하기 위한 세정기와 연결될 수 있다.

상기 사이클론은 도 3에서와 같이 복수의 사이클론이 직렬로 연결되어 구비될 수 있다.

상기와 같은 방법으로 제1사이클론(210)에서 어느 정도 응축성 타르를 제거한 배기가스는 제1연결관(C1)을 통해 제2사이클론(310)으로 유입된다. 물론 상기 제1사이클론(210)의 포집부(215)에 포집된 타르는 필요시 배출밸브(217)를 통해 외부로 배출된다.

이때 상기 배기가스는 재차 물분사 노즐 및 단 단열팽창 노즐(V)에 의해 급속 냉각되면서 응축성 타르가 응축되어 제2사이클론(310)의 포집부에 저장되고, 필요시 배출밸브(317)를 통해 배출된다.

다시, 상기 제2사이클론(310)에서 거의 모두 응축성 타르를 제거한 배기가스는 제2연결관(C2)을 통해 제3사이클론(410)으로 유입되면서 재차 물분사 노즐 및 단열팽창 노즐(V)에 의해 급속 냉각된다.

이때 배기가스 중에 남아있는 응축성 타르는 응축되어 제3사이클론(410)의 포집부(415)에 저장되고 필요시 제3사이클론(410)의 배출밸브(417)를 통해 배출한다.

이후 응축성 타르가 거의 완전히 제거된 배기가스는 유출관(420)을 통하여 외부로 배출된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 역학적 응축성 타르 제거장치가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 공기 역학적 응축성 타르 제거장치의 단열팽창 노즐이 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 공기 역학적 응축성 타르 제거장치에서 복수의 사이클론이 이용된 실시예가 도시된 구성도,

도 4는 도 3의 상면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

110: 사이클론 111: 유입구

113: 유출구 115,215,315,415: 포집부

120, 220: 유입관 130, 420: 유출관

117,217,317,417: 배출밸브 H: 홀

N: 분사노즐 V: 단열팽창 노즐

Claims (7)

1. 상부에 유입구 및 유출구가 형성되고 하부에 포집부가 형성된 사이클론;

   배기가스가 상기 사이클론으로 유입되도록 상기 사이클론의 유입구와 연결된 유입관;

   상기 사이클론을 통과한 배기가스가 외부로 유출되도록 상기 사이클론의 유출구와 연결된 유출관;

   상기 유출관과 연결되어 상기 배기가스를 유동시키는 송풍기;를 포함하며,

   상기 유입관에는 상기 사이클론으로 유입되는 배기가스에 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐을 통과한 배기가스를 냉각시키는 단열팽창 노즐을 구비하는 공기역학적 응축성 타르 제거장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 사이클론은 직렬연결된 제1사이클론, 제2사이클론 및 제3사이클론으로 구비되되,

   상기 제1사이클론과 제2사이클론은 상기 제1사이클론의 유출구와 제2사이클 론의 유입구를 연결하는 제1연결관에 의해 연통되고,

   제2사이클론과 제3사이클론은 상기 제2사이클론의 유출구와 제3사이클론의 유입구를 연결하는 제2연결관에 의해 연통되며,

   상기 제1연결관 및 제2연결관에는 상기 배기가스로 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐이 구비된 것을 특징으로 하는 공기 역학적 응축성 타르 제거장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 단열팽창 노즐은 벤튜리 노즐인 것을 특징으로 하는 공기 역학적 응축성 타르 제거장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 벤튜리 노즐은 다공으로 형성된 것을 특징으로 하는 공기 역학적 응축성 타르 제거장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 물 또는 증기를 분사하는 분사노즐은 초음파를 이용한 무화기인 것을 특징으로 하는 공기 역학적 응축성 타르 제거장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 사이클론은 복수로 구비되며 상기 복수의 사이클론이 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 공기 역학적 응축성 타르 제거장치.

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