KR100918880B1 - 로터리식 축열연소 및 산화처리장치 - Google Patents

로터리식 축열연소 및 산화처리장치

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(주)케스지기술환경
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Abstract

본 발명은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 축열식으로 연소 및 산화 처리토록 한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열재가 저장된 각각의 축열실을 통하여 유해가스의 공급과 청정가스의 배출 및 퍼지공기의 공급이 연속적으로 교체 및 가변되도록 하는 수평회전판을 연속 구동방식으로 회전시키는 한편, 수평회전판이 설치된 구동부를 통한 유해가스의 누설을 효과적으로 차단시킬 수 있도록 함으로서, 장치의 처리성능을 보다 확실하게 보장할 수 있도록 하는 동시에, 유해가스의 처리성능 향상 및 에너지의 효율적인 운용 측면에 한층 더 기여할 수 있도록 하며, 수평회전판에 의한 미연소가스의 퍼지작동과 연소처리된 청정가스의 배출작동이 최소 1개 이상의 축열실을 사이에 두고 확실하게 분리되도록 함으로서, 퍼지작동시 미연소가스가 대기중으로 배출되는 현상을 방지하여 유해가스의 처리성능을 보다 더 크게 향상시킬 수 있도록 하며, 수평회전판으로부터 각각의 축열실을 통한 기류의 분배가 골고루 이루어지도록 하여, 축열재의 전체 부피에 걸친 유해가스의 처리가 가능토록 함으로서, 유해가스 처리성능의 극대화 및 축열재의 수명연장에 기여함은 물론, 연소실의 폭발위험을 방지할 수 있는 수단 및 버너를 통한 역화방지수단을 추가적으로 제공하여, 장치의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장할 수 있도록 한 로터리식 축열연소 및 산화처리장치에 관한 것이다.

Description

로터리식 축열연소 및 산화처리장치{Apparatus for regenerative thermal oxidation process with rotary type}

본 발명은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스의 로터리식 축열연소 및 산화처리장치에 관한 것으로서, 축열재가 저장된 각각의 축열실을 통하여 유해가스의 공급과 청정가스의 배출 및 퍼지공기의 공급이 연속적으로 교체 및 가변되도록 하는 수평회전판을 연속 구동방식으로 회전시키는 한편, 수평회전판이 설치된 구동부를 통한 유해가스의 누설을 효과적으로 차단시킬 수 있도록 하고, 수평회전판에 의한 미연소가스의 퍼지작동과 연소처리된 청정가스의 배출작동이 최소 1개 이상의 축열실을 사이에 두고 확실하게 분리되도록 하며, 수평회전판과 각각의 축열실 사이를 유동하는 기류의 분배수단과, 연소실의 폭발위험을 방지할 수 있는 수단 및 버너를 통한 역화방지수단을 추가적으로 제공함으로서, 유해가스의 고효율 처리 및 장치의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장할 수 있는 최적의 처리장치를 제공토록 한 것이다.

일반적으로 자동차 및 그 부속품을 도장(塗裝)하기 위한 자동차 도장부스나 그 이외의 각종 도장시설에서는 도장작업시 비산되는 페인트 미스트(Paint mist; 페인트 분진) 뿐만 아니라, 도장된 물품을 건조시키는 과정에서 페인트의 용제가 대기중으로 증발하여 톨루엔과 같은 각종 휘발성 유기화합물(Volertile Organic Compounds, V.0.Cs)이 발생된다.

상기와 같은 휘발성 유기화합물이 그대로 대기중으로 방출되면, 휘발성 유기화합물이 빛과 반응하여 오존이나 알데히드 또는 스모그 중의 질소화합물과 같은 광화학 산화물을 생성하게 됨으로서, 대도시의 광화학 스모그와 지구온난화와 같은 환경오염을 유발시키게 된다.

뿐만 아니라, 휘발성 유기화합물을 이루는 대부분의 물질들은 낮은 농도에서도 자극적이며 불쾌한 냄새를 유발시키는 한편, 호흡기를 통하여 인체의 내부로 유입될 경우에는 신경계 등의 장애를 일으키는 발암물질이 되므로, 최근에 들어서는 그 배출시설에 대한 법적인 배출규제가 마련되고 있다.

특히, 자동차 도장부스와 같은 도장시설에 있어서, 대기오염을 유발하는 물질 중 페인트 미스트의 경우는 각종 필터를 사용하여 용이하게 제거가 가능하지만, 용제의 증발로 발생하는 휘발성 유기화합물은 필터에 의한 제거가 어렵기 때문에, 별도의 고온연소 및 산화처리 장치를 이용하여 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 처리토록 하고 있다.

상기와 같이 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 처리하기 위한 고온연소 및 산화처리장치로서, 직접연소장치와 촉매연소장치가 알려져 있으며, 상기 직접연소장치로서는 유해가스의 연소(유기화합물이 연료가 됨)시에 발생한 열을 축열시켜, 이를 유해가 가열 및 연소에 재사용토록 하는 축열연소 및 산화처리장치(RTO: Regenerative Thermal Oxidizer)가 대표적으로 사용되고 있다.

상기와 같은 축열연소 및 산화처리장치는, 연소실과 인접한 위치에 축열재가 충진된 다수 개의 축열실이 구비되도록 한 상태에서, 각각의 축열실을 통한 유해가스의 유입 및 배출이 로터식 분배수단에 의하여 교대로 이루어지도록 함에 따라, 각각의 축열실이 연소실을 통한 유해가스의 유입경로 및 소각처리된 청정가스의 배출경로 역할을 병행토록 한 것이다.

따라서, 연소실에서 유해가스가 소각되어 고온의 청정가스로 조성된 다음, 이 청정가스가 축열실을 통하여 외부로 배출되는 과정에서, 해당 축열실의 축열재를 약 600℃ 정도로 가열시키는 한편, 로터식 분배수단에 의하여 상기 축열실을 따라 유해가스가 연소실로 유입되도록 함으로서, 해당 축열재에 축열된 온도에 의하여 유해가스가 연소에 적합한 온도로 미리 가열되도록 한 것이며, 이로 인하여 유해가스의 처리에 따른 에너지의 효율적인 운용이 가능토록 한 것이다.

상기와 같은 축열연소 및 산화처리장치의 일례로서, "회전형 로터에 의해 풍향을 분배하는 연소설비"가 대한민국 실용신안등록공보 제 20-0199716(등록일자: 2000년 08월 30일)에 기재되어 알려져 있으나, 상기 연소설비의 경우 유해가스의 유입과 청정가스의 배출을 위한 축상(軸狀)의 로터가 하나의 하우징 내부에서 동일한 공간에 노출됨에 따라, 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스 중의 일부가 청정공기와 함께 미연소 상태로 배기되는 문제점이 있었다.

다시 말해서, 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스 및 연소실로부터 배출되는 청정공기가 하우징의 내부공간에서 동시에 존재하게 되므로, 유해가스 및 청정공기가 서로 혼입될 우려가 매우 높게 되며, 이로 인하여 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스가 청정공기와 함께 그대로 대기중으로 배출된다는 것이다.

이로 인하여, 고가의 연소설비를 사용하여 유해가스를 처리하더라도, 대기중으로 배출되는 공기에 포함된 오염물질의 농도가 법적 기준치를 수시로 초과하게 됨은 물론이고, 법적 기준치를 훨씬 초과하는 높은 농도로 오염물질이 배출되는 심각한 문제점을 야기시켰다.

상기와 같은 문제점을 보완할 수 있도록, 수평회전판을 포함하는 간단한 구성으로 유해가스의 유입경로와 청정가스의 배출경로가 연속적으로 교체 및 가변되도록 함으로서, 유해가스의 처리에 따른 에너지의 낭비를 최소화시키도록 함과 동시에, 퍼지수단(Purge device)을 추가적으로 구비시켜 미연소가스의 발생을 제로화시키도록 한 "축열 연소산화장치"가 대한민국 공개특허공보 제 2003-0011036호(공개일자: 2003년 02월 06일)에 기재되어 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 축열 연소산화장치는, 유해가스의 유입공간과 청정가스의 배출공간 및 퍼지공간이 원통 형상의 분배하우징 내부에 동심원 형상으로 구획되도록 하고, 상기 분배하우징의 상부에는 축열연소챔버를 설치하되, 상기 축열연소챔버는 축열재를 포함하는 다수 개의 축열실이 방사상으로 구획 형성되도록 하는 한편, 상기 축열실의 상부 공간이 연소실을 형성토록 하였다.

또한, 상기 분배하우징과 축열연소챔버의 사이에는 각각의 축열실이 연속적으로 교체 및 가변되어 유해가스의 유입경로와 청정가스의 배출경로 및 퍼지경로가 되도록 하는 수평회전판이 상,하부고정판의 사이에 삽입 설치되며, 상기 수평회전판에는 분배하우징의 유입공간과 배출공간 및 퍼지공간의 직상부측에 해당하는 위치에 유입통로와 배출통로 및 퍼지통로가 각각 분할 형성되도록 하였다.

이와 더불어, 상기 축열연소챔버의 하부에는 축열실의 개수에 맞추어 파이프 형상의 분기관이 방사상으로 연결 설치되도록 하고, 상기 상,하부고정판에는 각각의 분기관과 대응되는 위치를 따라 유입공과 배출공 및 퍼지공이 방사상으로 형성되도록 하였으며, 상기 수평회전판의 샤프트에는 유압실린더와 같은 구동자에 의하여 스텝(Step) 방식으로 회전하는 회전자가 설치되는 한편, 상기 퍼지공간에는 송풍기로부터 연장되는 퍼지관로가 연결 설치되도록 하였다.

그러나, 종래의 축열 연소산화장치에 의하면, 상,하부고정판과 수평회전판이 서로 밀착된 상태에서 수평회전판이 회전되도록 하였는 바, 유해가스의 누설을 방지하기 위하여 상,하부고정판을 수평회전판과 견고하게 밀착시키게 되면, 수평회전판의 회전작동이 상,하부고정판과의 마찰력에 의하여 원활하게 수행될 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점으로 인하여, 종래의 축열 연소산화장치는 수평회전판을 지속적으로 회전시키지 못하고 실린더용 피스톤로드의 푸싱작동에 의한 스텝(Step)식 회전방식을 적용하게 됨으로서, 유해가스의 처리과정이 연속적으로 수행되지 못하고 짧은 시간마다 반복적으로 단절되며, 이로 인하여 장치의 순간적인 내압상승을 초래하여 유해가스의 처리성능 및 에너지의 효율적인 운용 측면에 좋지 못한 영향을 미치게 되었다.

뿐만 아니라, 수평회전판의 스텝식 회전방식에 맞추어 상,하부고정판 및 분기관의 형상이 매우 복잡하게 됨은 물론이고, 상,하부고정판에 형성된 각각의 구멍 및 해당 분기관이 수평회전판에 형성된 각각의 통로와 스텝식으로 정확하게 대응되도록 하는 제어작업 또한 매우 까다롭기 때문에, 수평회전판에 의한 유해가스와 청정공기 및 퍼지공기의 분배가 축열실마다 정확하게 수행되지 못하는 상황이 빈번히 발생하게 된다.

이로 인하여, 종래의 축열 연소산화장치를 제조 및 설치하는 데에 따른 비용이 다소 과도하게 소요되는 한편, 해당 장치를 사용하는 도중에 잦은 오작동이 발생하여 장치의 수리나 유지보수를 빈번하게 수행함으로서, 유해가스의 처리에 따른 장치의 성능보장이 어렵게 될 뿐만 아니라, 장치의 사용에 따른 경제성 또한 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 스텝식 회전방식에 따른 문제점을 해결할 수 있도록, 상,하부고정판과 수평회전판의 사이에 간격을 두게 되면, 해당 간격을 통하여 미연소된 유해가스가 배출공간측으로 쉽게 누설된 다음 그대로 대기중으로 방출되는 상황이 발생하게 됨으로서, 앞서 언급되어진 종래기술(실용신안등록공보 제 20-0199716)과 동일한 문제점을 야기시키게 된다.

또한, 상기 상,하부고정판이 기밀성과 윤활성이 우수한 동판(銅版) 등의 소재가 되도록 하더라도, 수평회전판의 회전 과정에서 발생하는 마모현상으로 인하여 일정 기간이 경과한 후에는 상,하부고정판과 수평회전판의 사이에 미세한 간격이 발생하게 되므로, 해당 간격을 통하여 미연소된 유해가스가 대기중으로 누설되는 상황을 방지할 수 없는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 축열 연소산화장치에 사용되는 수평회전판의 경우, 유입통로와 퍼지통로 및 배출통로가 수평회전판의 원주방향을 따라 연속적으로 형성됨으로서, 퍼지통로와 배출통로가 하나의 축열실에 걸쳐 동시에 존재하는 상황이 발생하게 되며, 이는 미연소가스의 처리를 위한 퍼지기능이 오히려 미연소가스를 대기중으로 배출시키는 역기능을 초래하는 요인이 된다.

다시 말해서, 축열연소챔버의 내부에 총 12개의 축열실이 구획 형성되었다고 가정할 경우, 종래의 수평회전판은 유입통로와 배출통로가 각각 5개의 축열실을 연통시키도록 한 상태에서, 상기 퍼지통로는 유입통로와 배출통로의 사이에서 배출통로의 단부측과 겹치는 위치에 일직선상으로 형성되어 하나의 축열실을 공유토록 이루어지며, 퍼지통로의 맞은편에는 2개의 축열실에 해당하는 부분을 폐쇄시키는 휴지면(休止面)이 형성되어 있다.

따라서, 퍼지통로를 따라 유입된 퍼지공기가 축열재에 포함된 미연소가스를 연소실로 불어내는 과정에서, 해당 축열실의 내부공간이 배출통로와도 연통되기 때문에, 축열재에 포함된 미연소가스가 퍼지공기에 의하여 연소실로 밀려나기 이전에 상당량의 미연소가스가 수평회전판의 배출통로를 거쳐 분배하우징의 배출공간으로 직접 흡입된 다음 대기중으로 배출되는 역기능을 유발시키게 된다.

상기와 같이 수평회전판에 형성된 유입통로와 퍼지통로 및 배출통로의 잘못된 배치구조에 의하여, 미연소가스의 처리를 위한 퍼지기능이 미연소가스의 배출이라는 역기능을 유발시킴에 따라, 수평회전판과 상,하부고정판의 사이를 통하여 누설되는 유해가스와 함께 법적 기준치를 훨씬 초과하는 높은 농도로 오염물질이 배출되었던 것이다.

이와 더불어, 수평회전판으로부터 분기관을 거쳐 축열실로 유입되는 기류의 방향이 좁은 분기관 통로에 의하여 일방향으로 치우치는 현상이 발생하게 됨으로서, 축열실에 구비된 축열재의 전체 부피에 걸친 유해가스의 처리가 이루어지지 못하고, 축열재의 일부에만 국한된 처리가 이루어지게 되며, 이로 인하여 유해가스의 처리성능 저하 및 축열재의 수명단축을 유발시키는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 축열 연소산화장치에는 연소실의 내부압력 및 온도가 기준치 이상으로 상승될 경우, 연소실의 폭발위험을 방지할 수 있는 수단 및 버너(Burner)를 통한 역화방지수단이 제공되지 못함으로서, 연소실의 내부압력 및 온도가 기준치 이상으로 상승되면 가동을 중지시키도록 하였는 바, 이로 인하여 장치의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 로터리식 축열연소 및 산화처리장치는, 상,하부고정판의 사이에 삽입 설치되는 수평회전판이 오일리스 베어링으로서의 밀폐형 메탈링에 의하여 회전 지지되도록 하는 한편, 축열연소챔버의 하단부가 분배하우징의 상단측으로 삽입되도록 한 상태에서, 분배하우징의 하부측에는 분배하우징을 일정폭만큼 상승시킬 수 있는 리프팅기구를 설치함에 따라, 상기 메탈링에 의하여 수평회전판의 연속구동방식을 적용시킬 수 있도록 하는 한편, 상기 리프팅기구에 의하여 수평회전판과 메탈링과의 밀착상태를 견고히 유지시킬 수 있도록 하며, 이로 인하여 장치의 처리성능을 보다 확실하게 보장할 수 있도록 하는 동시에, 구동부를 통한 유해가스의 누설을 효과적으로 차단시켜 유해가스의 처리성능 향상 및 에너지의 효율적인 운용 측면에 한층 더 기여할 수 있도록 하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.

또한, 상기 수평회전판에 형성된 유입통로와 퍼지통로 및 배출통로의 사이마다 최소 1개 이상의 축열실에 해당하는 간격이 제공되도록 수평회전판의 통로배치구조를 개선시킴에 따라, 수평회전판에 의한 유해가스의 유입작동 이전에 유해가스가 충분히 예열되도록 하는 것과 더불어, 퍼지통로와 배출통로가 하나의 축열실을 공유하지 않도록 함으로서, 유해가스의 원활한 연소처리를 수행토록 함은 물론, 퍼지작동시 미연소가스가 배출통로를 따라 대기중으로 배출되는 현상을 방지할 수 있도록 하며, 이로 인하여 유해가스의 처리성능을 보다 더 크게 향상시킬 수 있도록 하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 축열연소챔버의 내부에 구획 형성된 각각의 축열실 하단부에 기류분산판을 설치하여, 수평회전판으로부터 각각의 축열실로 공급되는 기류가 축열실의 전체 공간을 통하여 골고루 분배되도록 하는 한편, 각각의 축열실을 구획하는 격판이 축열재보다 높은 위치까지 연장되도록 하여 연소가스의 체류시간을 최대한으로 확보할 수 있도록 함으로서, 축열실에 구비된 축열재의 전체 부피에 걸쳐 유해가스의 처리가 이루어질 수 있도록 함은 물론, 연소실의 내부에서도 유해가스의 충분한 연소작용이 이루어질 수 있도록 하며, 이로 인하여 유해가스 처리성능의 극대화 및 축열재의 수명연장에도 기여할 수 있도록 하는 것을 제 3의 기술적 과제로 한다.

마지막으로, 축열연소챔버의 상단측에 개폐밸브를 구비하는 바이패스관을 설치하여, 이 바이패스관이 청정공기의 배출을 위한 연통(煙筒)과 연결 설치되도록 하고, 파일럿버너와 함께 연소실에 설치된 연소버너에는 압축공기의 주입수단이 제공되도록 함으로서, 연소실 내부의 압력과 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우, 바이패스관의 개방 및 압축공기의 공급에 따라 폭발방지 및 역화방지 기능을 달성토록 하며, 이로 인하여 장치의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장할 수 있도록 함은 물론, 상기 바이패스관에는 온수 및 난방용 열교환기를 설치하고, 상기 연통의 상단측에는 유해가스용 촉매처리기를 설치함으로서, 가스의 폐열회수에 따른 에너지의 추가적인 재활용 및 촉매처리의 병행에 의한 유해가스의 고효율 처리가 가능토록 하는 것을 제 4의 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 유해가스의 유입공간과 청정가스의 배출공간과 퍼지공간이 동심원 형상의 격벽으로 구획 형성되고, 상기 유입공간과 배출공간과 퍼지공간에는 유입덕트와 배출덕트와 퍼지관이 각각 연결 설치되는 분배하우징; 상기 분배하우징의 상부측에 설치되고, 내부에는 축열재가 구비된 다수 개의 축열실이 방사상의 격판에 의하여 구획 형성되며, 상기 축열실의 상부공간이 연소실이 되는 축열연소챔버;를 포함하여서 이루어지며, 상기 분배하우징과 축열연소챔버의 사이에는 수평회전판이 설치되고, 상기 수평회전판에는 분배하우징의 유입공간과 배출공간과 퍼지공간의 상부에 위치한 상태로 각각의 축열실이 해당 공간과 번갈아가며 연통되도록 하는 유입통로와 배출통로와 퍼지통로가 절개 형성되며, 상기 수평회전판의 회전축은 분배하우징의 중심부를 관통하여 구동수단과 연결 설치되고, 상기 축열연소챔버에는 연소실의 내부로 삽입되는 연소버너가 설치된 것에 있어서, 상기 축열연소챔버의 하단부는 분배하우징의 상부면을 통하여 일정 깊이만큼 삽입 설치되고, 상기 축열연소챔버의 하단면과 분배하우징의 내측 상단면에는 수평회전판의 회전을 지지하는 골조프레임 형상의 상,하부지지판이 설치되고, 상기 상,하부지지판에는 오일리스 베어링으로서 분배하우징과 대응되는 동심원 형상의 메탈링이 고정 설치되어 각각의 메탈링이 수평회전판과 밀착되도록 설치되고, 상기 분배하우징의 하부측에는 회전축의 구동수단으로서 감속기를 구비하는 구동모터와, 분배하우징의 리프팅기구가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평회전판에 형성된 유입통로와 배출통로와 퍼지통로의 사이에는, 적어도 1개 이상의 축열실을 커버할 수 있는 간격이 제공되는 것을 특징으로 하고, 상기 축열연소챔버의 내부에 구획 형성된 각각의 축열실 하부에는 기류분배공이 형성된 기류분배판이 커버판의 형태로 설치되는 한편, 상기 축열연소챔버의 내부에서 각각의 축열실을 구획하는 격판은 축열재보다 높은 위치까지 연장되도록 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 축열연소챔버의 상단측에는 개폐밸브를 구비하는 내압배출용 바이패스관이 연결 설치되고, 상기 바이패스관은 배출공기의 통로가 되는 연통과 연결 설치되며, 상기 축열연소챔버의 벽체를 관통하여 연소실의 내부로 삽입되는 연소버너에는 파일럿버너와 압축공기 주입수단이 각각 설치되는 것을 특징으로 하고, 상기 바이패스관에는 개폐밸브와 연통의 사이에 해당하는 위치에 열교환기가 설치되는 한편, 상기 연통의 상단측에는 유해가스의 촉매처리기가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 수평회전판의 연속 구동방식에 따른 유해가스의 지속적인 처리가 가능하게 되고, 리프팅기구에 의하여 수평회전판과 메탈링과의 밀착상태 또한 견고하게 유지시킬 수 있으므로, 장치의 처리성능을 보다 확실하게 보장하는 효과가 있는 동시에, 구동부를 통한 유해가스의 누설을 효과적으로 차단시켜 유해가스의 처리성능 향상 및 에너지의 효율적인 운용 측면에 한층 더 기여하는 효과가 있다.

또한, 수평회전판에 형성된 유해가스 유입통로와 퍼지통로 및 청정가스 배출통로의 배치구조를 개선시킴에 따라, 유해가스를 연소실로 공급시키기 이전에 충분한 예열이 이루어지도록 함은 물론, 퍼지작동시에도 축열재에 포함된 미연소가스가 일정한 시간차를 두고 연소실로 전량(全量) 배출되어 연소처리 되도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 유해가스 처리성능을 보다 더 크게 향상시키는 동시에 대기중으로 배출되는 미연소가스의 량을 실질적으로 제로화시키는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 각각의 축열실 하부측에 설치되는 기류분배판 및 축열실을 구획하는 격판의 높이에 의하여, 수평회전판으로부터 각각의 축열실을 통과하는 기류가 축열재의 전체부피에 걸쳐 보다 골고루 분배되도록 하는 한편, 연소실 내부에서 가스의 체류 및 연소시간을 최대한으로 확보할 수 있음에 따라, 유해가스 처리성능의 극대화 및 축열재의 수명연장에 기여하는 효과가 있다.

그리고, 연소실에 설치되는 연소버너가 파일럿버너를 구비토록 하여 연소실의 내부에 파일럿 불꼿이 항상 존재하도록 함으로서, 메인버너의 작동을 중지시킨 이후 휘발성 유기화합물이 연소실에 고농도로 축적된 상태에서, 메인버너를 재점화시키더라도 연소실의 내부에 폭발이 일어나지 않도록 하는 효과가 있으며, 연소실에 해당하는 축열연소챔버의 벽체상에 과압배출구를 설치하여 파일럿버너와 함께 폭발의 위험을 2차적으로 차단시키는 효과가 있다.

이와 더불어, 연소실의 내부압력 및 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우, 축열연소챔버의 상단측에 연결 설치된 바이패스관과, 연소버너상에 설치된 압축공기의 주입수단을 사용하여, 연소실의 내압을 신속하게 배출시킬 수 있는 한편 연소버너를 통한 역화현상 또한 방지하는 효과가 있으며, 이로 인하여 장치의 가동을 중지시키지 않더라도 폭발방지 및 역화방지의 기능을 달성할 수 있게 됨으로서 장치의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장하는 효과가 있다.

추가적인 사항으로서, 상기 바이패스관에 온수 및 난방용 열교환기를 설치한 경우에는, 배출가스의 폐열을 추가적으로 회수하여 에너지의 재활용 측면에 보다 더 기여토록 하는 효과가 있고, 연통의 상단측에 촉매처리기를 설치한 경우에는, 장치의 내부에서 미처 처리되지 못한 극소량의 휘발성 유기화합물 성분까지 보다 완벽하게 처리할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리식 축열연소 및 산화처리장치의 외관사시도.

도 2는 축열연소챔버의 내부구조를 나타내는 도 1의 일부 분해사시도.

도 3은 도 1의 측단면도.

도 4는 본 발명에 사용되는 구동부측 분해사시도.

도 5는 본 발명에 사용되는 축열연소챔버의 분해사시도.

도 6은 본 발명에 사용되는 리프팅기구의 요부확대 단면도.

도 7은 구동부가 되는 수평회전판과 축열실의 대응상태를 나타내는 평면도.

도 8은 본 발명에 사용되는 연소버너의 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 로터리식 축열연소 및 산화처리장치의 사용상태도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 처리장치 2 : 축열연소챔버 3 : 하단케이싱

4 : 분배하우징 5 : 리프팅기구 6 : 연소버너

7 : 바이패스관 8 : 유입덕트 9 : 배출덕트

10 : 퍼지관 11 : 장치프레임 12 : 바닥판

13 : 보조지지대 14 : 구동모터 15 : 감속기

16 : 회전축 17 : 전동죠인트 18 : 수평회전판

18a : 유입통로 18b : 배출통로 18c : 퍼지통로

18d : 축공 19 : 메탈링 20 : 챔버바디

21 : 챔버커버 22 : 축열실 23 : 연소실

24 : 축열재 25,31 : 센터포스트 26,32 : 격판

27 : 금속망 27a : 거치대 28 : 기류분배판

28a : 기류분배공 29 : 단열재 30 : 원통바디

31a : 지지판 33,46 : 축수납부 34 : 상부지지판

35,48 : 링프레임 36,49 : 연결프레임 40 : 외부케이싱

41 : 제 1격벽 42 : 제 2격벽 43 : 유입공간

44 : 배출공간 45 : 퍼지공간 47 : 하부지지판

50 : 받침대 51 : 회전지지축 52 : 너트슬리브

53 : 리프팅볼트 54 : 헤드부 55 : 베어링

60 : 버너케이싱 61 : 메인버너 62 : 파일럿버너

63 : 공기주입관 64 : 공기주입통로 70 : 도장시설

71 : 유입관 72 : 필터장치 73 : 구동팬

74 : 배출관 75 : 퍼지팬 76 : 연통

77 : 개폐밸브 78 : 열교환기 79 : 촉매처리기

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 최적 실시예로서의 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 로터리식 축열연소 및 산화처리장치의 전체적인 구성은 도 1 및 도 2에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 장치프레임(11)에 의하여 지지되는 축열연소챔버(2)와, 상기 축열연소챔버(2)의 하단부를 이루는 하단케이싱(3)과, 상기 하단케이싱(3)의 하부측에 설치되는 분배하우징(4)과, 장치프레임(11)의 바닥판(12)에 설치되는 리프팅기구(5) 및 구동기구를 포함하여서 처리장치(1)를 이루게 된다.

상기 축열연소챔버(2)는 챔버바디(20)와 챔버커버(21)로 이루어지며, 상기 챔버바디(20)의 내부에는 방사상으로 설치된 다수 개(도면상 12개)의 격판(26) 사이마다 축열재(24)가 삽입 설치되고, 상기 챔버커버(21)의 측면부에는 연소버너(6)가 설치되며, 상기 챔버커버(21)의 상단측 중앙부에는 내압배출용 바이패스관(7)이 연결 설치된다.

그리고, 상기 분배하우징(4)에는 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스의 유입덕트(8)와, 유해가스의 연소 및 산화처리가 이루어진 청정공기의 배출덕트(9)와, 퍼지공기(Purge air)의 유입을 위한 퍼지관(10)이 각각 연결 설치되고, 상기 리프팅기구(5)는 분배하우징(4)의 지지를 위한 보조지지대(13)와 바닥판(12)의 사이에서 스크류잭(Screw-jack)의 형태로 설치된다.

본 발명의 제 1요부를 이루는 구성요소로서는, 도 3 및 도 4에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 축열연소챔버(2)의 하단케이싱(3)과 분배하우징(4)의 사이에 설치되는 구동부로서의 수평회전판(18)과, 상기 수평회전판(18)의 회전을 지지하는 동시에 구동부를 통한 유해가스의 혼입(混入)과 누설을 방지하는 실링(Sealing)수단 및 수평회전판(18)과 실링수단과의 밀착력을 유지시키기 위한 리프팅기구(5)를 포함하여서 이루어진다.

상기 분배하우징(4)은 도 3 및 도 4에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 원통 형상의 외부케이싱(40)을 기초로 하여, 그 내부에 제 1격벽(41)과 제 2격벽(42)이 동심원 형상으로 배치됨으로서, 분배하우징(4)의 외측으로부터 내측 방향을 향하여 유해가스의 유입공간(43)과 청정가스의 배출공간(44) 및 퍼지공간(45)이 각각 구획 형성된다.

또한, 상기 유입덕트(8)와 배출덕트(9)와 퍼지관(10)은 분배하우징(4)의 유입공간(43)과 배출공간(44)과 퍼지공간(45)으로 각각 연결 설치되는 바, 상기 유입덕트(8)는 외부케이싱(40)의 측면부와 연결 설치되어 유입공간(43)과 연통되고, 상기 배출덕트(9) 및 퍼지관(10)은 외부케이싱(40)의 바닥측과 연결 설치되어 배출공간(44) 및 퍼지공간(45)과 연통되도록 이루어진다.

필요에 따라서는, 상기 배출덕트(9)가 외부케이싱(40)의 벽체를 수평 방향으로 관통하여 제 1격벽(41)과 연결되도록 하는 한편, 상기 퍼지관(10)이 외부케이싱(40)의 벽체 및 제 1격벽(41)을 수평 방향으로 관통하여 제 2격벽(42)과 연결되도록 하더라도 정상적인 배출경로와 퍼지경로가 제공될 수 있다.

이 경우, 분배하우징(4)의 외부케이싱(40) 바닥면은 덕트나 배관 등이 연결되지 아니한 평면부가 되므로, 도면에 도시된 바와 같은 별도의 보조지지대(13)를 적용시키지 아니하고, 외부케이싱(40)의 바닥측과 장치프레임(11)의 바닥판(12) 사이에 분배하우징(4)용 리프팅기구(5)를 직접 설치할 수도 있으며, 상기 리프팅기구(5) 또한 도면에 도시된 스크류잭 형태 이외에도 유압실린더나 유압리프트와 같은 공지의 리프팅수단(Lifting device)이 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 구동부로서의 수평회전판(18)은 분배하우징(4)의 상단면에 제공된 하부지지판(47)상에 놓여진 상태로 회전하게 되는 바, 상기 분배하우징(4)의 퍼지공간(45) 중앙부에는 수평회전판(18)의 회전축(16)이 삽입되는 축수납부(46)가 형성되고, 상기 하부지지판(47)은 분배하우징(4)의 구획 상태에 대응하는 골조프레임으로 형성된다.

다시 말해서, 상기 하부지지판(47)은 축수납부(46)와 각각의 격벽(41)(42) 및 외부케이싱(40)의 상부면을 따라 동심원 형상으로 배치되는 4개의 링프레임(48)과, 각각의 링프레임(48)을 방사상으로 연결하는 연결프레임(49)으로 이루어지며, 이와 같이 하부지지판(47)을 골조프레임으로 형성시키게 되면, 처리장치(1)의 중량감소와 제조원가 절감 및 공기의 원활한 유동측면에 보다 더 유리한 잇점을 제공할 수 있다.

이와 더불어, 상기 하부지지판(47)의 상부면, 바람직하게는 각 링프레임(48)의 상부면에는, 수평회전판(18)의 회전을 지지함과 동시에 유해가스와 청정공기 및 퍼지공기의 혼입과 누설을 차단시키도록 하는 상기 실링수단으로서, 오일리스 베어링(Oilless bearing)인 메탈링(19)이 동심원 형상으로 고정 설치되며, 상기 메탈링(19)은 통상 동이나 동합금을 사용하지만, 내마모성과 윤활성 및 기밀(氣密)성능이 우수한 소재라면 어떠한 종류의 재질을 적용하더라도 무방하다.

그리고, 상기 수평회전판(18)에는 원호(圓弧) 형상의 유입통로(18a) 및 배출통로(18b)와 부채꼴 형상의 퍼지통로(18c)가 각각 절개 형성되는 바, 상기 유입통로(18a)는 분배하우징(4)의 유입공간(43) 상부측에, 상기 배출통로(18b)는 분배하우징(4)의 배출공간(44) 상부측에, 상기 퍼지통로(18c)는 분배하우징(4)의 퍼지공간(45) 상부측에 각각 형성된다.

따라서, 상기 수평회전판(18)에 형성된 각각의 통로(18a)(18b)(18c)를 포함하여, 수평회전판(18)의 중앙부에 형성되어 회전축(16)이 조립되는 축공(18d)은, 하부지지판(47)에 고정된 각각의 메탈링(19) 사이에 위치하여야 하며, 이러한 조건이 만족되어야 메탈링(19)에 의한 수평회전판(18)의 지지기능과 더불어 유해가스의 혼입 및 누설방지 기능을 동시에 달성할 수 있게 된다.

상기 수평회전판(18)을 회전축(16)과 함께 회전시키기 위한 구동수단으로서, 도 3에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 장치프레임(11)의 바닥판(12)에는 감속기(15)를 구비하는 구동모터(14)가 설치되는 한편, 감속기(15)의 출력축이 전동죠인트(17)에 의하여 회전축(16)과 연결 설치된다.

상기 감속기(15)는 구동모터(14)로부터 발생한 동력을 적절한 비율로 감속시켜 회전축(16)으로 전달시킬 수 있는 것이라면, 기어형 감속기 이외에도 체인과 스프라켓 또는 벨트와 풀리 등을 이용한 다양한 종류의 감속수단이 적용될 수 있고, 상기 구동모터(14) 자체를 기어드모터(Geared motor: 감속기 일체형 모터)로 하여 회전축(16)과 연결 설치할 수도 있다.

상기 회전축(16)은 분배하우징(4)의 중앙부를 수직 방향으로 관통하여 하단케이싱(3)까지 연장 설치되고, 상기 하단케이싱(3)은 도 3의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 분배하우징(4)의 상단측을 통하여 일정 깊이만큼 삽입식으로 설치됨으로서, 상기 리프팅기구(5)를 사용하여 분배하우징(4)을 수평회전판(18)과 함께 하단케이싱(3)측으로 상승 및 밀착시킬 수 있도록 이루어진다.

상기 하단케이싱(3)은 도 5에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 축열연소챔버(2)의 하단부에서 원통 형상으로 형성됨에 따라, 분배하우징(4)과 축열연소챔버(2)를 연결시키는 기능을 담당하게 되며, 필요에 따라서는 상기 하단케이싱(3)을 별도의 부품으로 분리시키지 아니하고 축열연소챔버(2)의 챔버바디(20)와 일체로 형성시킬 수도 있다.

상기 하단케이싱(3)은 상,하부가 개구된 원통바디(30)로 이루어지는 한편, 상기 원통바디(30)의 내부에는 축열연소챔버(2)에 설치되는 격판(26)과 동일한 배치구조를 이루도록, 다수 개의 격판(32)이 파이프 형상의 센터포스트(31)를 중심으로 하여 방사상으로 연결 설치됨으로서, 분배하우징(4)의 유입공간(43)과 배출공간(44) 및 퍼지공간(45)이 수평회전판(18)에 의하여 축열연소챔버(2)에 형성된 각각의 축열실(22)과 교대로 번갈아가며 연통되도록 하는 중간통로를 제공하게 된다.

이와 더불어, 하단케이싱(3)의 상부측에는 축열연소챔버(2)의 조립을 위한 지지판(31a)이 형성되는 한편, 하단케이싱(3)의 중앙부에 형성된 센터포스트(31)의 내부공간이 회전축(16)의 삽입을 위한 축수납부(33)를 제공하며, 하단케이싱(3)의 바닥면은 분배하우징(4)의 하부지지판(47)과 동일한 형태 및 치수를 가지는 링프레임(35)과 연결프레임(36)으로 이루어지는 상부지지판(34)으로 형성된다.

상기와 같이 하단케이싱(3)의 바닥면에 형성된 상부지지판(34)이 분배하우징(4)의 상단면에 형성된 하부지지판(47)과 동일한 형상 및 치수로 대응되는 한편, 상부지지판(34)의 바닥면에도 하부지지판(47)과 동일한 형태로 오일리스 베어링으로서의 메탈링(19){도 4에서 수평회전판(18)의 상부에 위치하는 메탈링(19)}이 고정 설치된다.

따라서, 하단케이싱(3)의 상부지지판(34)과 분배하우징(4)의 하부지지판(47) 사이에 수평회전판(18)이 삽입 설치되는 한편, 이와 같이 설치된 수평회전판(18)이 상,하부지지판(34)(47)에 고정된 각각의 메탈링(19)과 밀착 설치되는 것이며, 이러한 구성이 본 발명의 제 1요부를 이루는 실링수단, 즉 수평회전판(18)의 회전을 지지하는 동시에 유해가스의 혼입 및 누설을 방지하는 수단이 된다.

이와 더불어, 본 발명의 제 1요부를 이루는 또 다른 구성요소로서 상기 리프팅기구(5)는, 도 6에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 장치프레임(11)의 바닥판(12)에 고정 설치되는 받침대(50)와, 상기 받침대(50)의 상부면 중앙으로 돌출 형성되는 회전지지축(51)과, 상기 회전지지축(51)이 하단부로 삽입되는 너트슬리브(52)와, 상기 너트슬리브(52)의 상부측을 통하여 나사식으로 삽입되는 리프팅볼트(53)로 이루어진다.

또한, 상기 리프팅볼트(53)의 헤드부(54)는 분배하우징(4)을 지지하는 보조지지대(13)의 하단부와 연결 설치되고, 상기 너트슬리브(52)와 받침대(50)의 사이에는 너트슬리브(52)의 회전을 지지토록 하는 베어링(55)이 설치되며, 이러한 리프팅기구(5)가 바닥판(12)의 모서리측에 각각 위치하여 보조지지대(13)와 함께 분배하우징(4)을 지지하게 된다.

상기와 같이 리프팅기구(5)가 분배하우징(4)을 지지토록 한 초기 상태에서, 수평회전판(18)의 지속적인 회전작동에 의하여 상,하부지지판(34)(47)에 고정된 메탈링(19)이 마모됨으로서, 수평회전판(18)과 메탈링(19)의 사이에 간극(間隙)이 발생하게 되면, 너트슬리브(52)를 회전시켜 리프팅볼트(53)를 상승시킴에 따라, 분배하우징(4)이 하단케이싱(3)측으로 밀착되도록 하게 된다.

상기와 같은 방식으로 리프팅기구(5)를 조작하게 되면, 리프팅볼트(53)의 상승작동에 따라 분배하우징(4)의 상부지지판(47)을 하단케이싱(3)의 하부지지판(34)측으로 밀착시킬 수 있으며, 이 과정에서 수평회전판(18) 또한 회전축(16)을 따라 상승하게 됨으로서, 상,하부지지판(34)(47)에 고정된 각각의 메탈링(19)이 수평회전판(18)과 다시 견고하게 밀착될 수 있는 것이다.

상기와 같이 오일리스 베어링으로서의 메탈링(19)을 적용시킴에 따라, 수평회전판(18)의 연속 구동방식에 따른 유해가스의 지속적인 처리가 가능하게 됨은 물론이고, 수평회전판(18)의 회전작동 과정에서 각각의 메탈링(19)이 마모되어 발생하는 간극을 리프팅기구(5)에 의하여 효과적으로 상쇄시킬 수 있음에 따라, 수평회전판(18)과 메탈링(19)과의 밀착상태 또한 견고하게 유지시킬 수 있게 된다.

이로 인하여, 본 발명에 따른 처리장치(1)의 처리성능을 종래의 경우와 비교하여 보다 더 확실하게 보장할 수 있는 한편, 수평회전판(18)이 포함된 구동부를 통한 유해가스의 혼입 및 누설을 효과적으로 차단시킬 수 있음에 따라, 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스의 처리성능 향상 및 에너지의 효율적인 운용 측면에 한층 더 기여할 수 있는 것이다.

도 1 내지 도 4와 도 6에서는 너트슬리브(52)와 리프팅볼트(53)에 의한 스크류잭 형식의 리프팅기구(5)를 대표적인 적용례로 하였으나, 이러한 수동식 스크류잭 이외에도 기계산업분야에서 널리 사용되는 리프팅수단으로서, 소형모터를 이용한 자동식 승하강 스크류잭이나 유압실린더 또는 공압실린더 및 유압식 리프트와 같은 다양한 종류의 리프팅수단이 적용될 수 있음은 물론이다.

그러나, 상기 리프팅기구(5)는 수평회전판(18)의 회전 과정에서 메탈링(19)의 마모에 따라 발생한 미세간격만을 상쇄시키면 되기 때문에, 도면에 도시된 것과 같은 수동식 스크류잭을 적용시키는 것만으로도 충분하며, 상기 너트슬리브(52)의 경우 그 회전작업의 편의성을 향상시킬 수 있도록, 육각이나 팔각 형상의 몸통이 되도록 할 수도 있고, 너트슬리브(52)의 외측면에 지랫대 형식의 손잡이 등을 설치할 수도 있다.

상기와 같이 리프팅기구(5)에 의한 분배하우징(4)의 상승작동이 가능한 이유는, 도 3의 확대된 부분을 중심으로 하여 앞에서 이미 설명되어진 바와 같이, 축열연소챔버(2)의 하단케이싱(3)이 분배하우징(4)과 고정식으로 연결 설치되지 아니하고, 축열연소챔버(2)의 하단케이싱(3)이 분배하우징(4)의 상부면을 통하여 일정 깊이만큼 삽입되도록 설치하였기 때문이며, 필요에 따라서는 하단케이싱(3)이 삽입되는 부위에 밀폐링과 같은 실링수단을 추가적으로 설치할 수도 있다.

본 발명의 제 2요부에 해당하는 구성요소로서는, 도 3과 도 4 및 도 7에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 수평회전판(18)에 형성된 유입통로(18a)와 배출통로(18b) 및 퍼지통로(18c)의 배치구조를 개선시킴으로서, 연소실(23)의 내부로 공급되는 유해가스의 예열기능과 더불어, 퍼지공기에 의한 미연소가스의 퍼지작동을 보다 더 확실하게 보장할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같이 본 발명의 처리장치(1)에 사용되는 수평회전판(18)의 통로배치구조는 도 7에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 유입통로(18a)와 배출통로(18b)의 사이, 그리고 배출통로(18b)와 퍼지통로(18c)의 사이에, 적어도 1개 이상의 축열실(22)을 커버할 수 있는 간격이 제공되도록 하였다.

상기 유입통로(18a)와 배출통로(18b)의 사이에 형성된 간격은, 종래의 기술내용에서 설명되어진 바와 같이, 각각의 축열실(22)이 배출시점으로부터 유입시점으로 전환되는 과정에서, 분배하우징(4)으로부터 유입통로(18a)를 거쳐 축열연소챔버(2)의 연소실(23)로 유입되는 유해가스를 미리 예열시킴에 따라, 연소실(23) 내부온도와 유해가스와의 온도차이에 의한 응축현상을 방지하고 연소효율을 향상시키기 위하여 제공되는 간격이다.

또한, 상기 배출통로(18b)와 퍼지통로(18c)의 사이에 형성된 간격은, 각각의 통로(18b)(18c)가 하나의 축열실(22)을 공유하지 않도록 함에 따라, 유입→퍼지→배출→유입의 순서로 축열실(22)의 기능이 반복적으로 가변되는 과정에서, 해당 축열실(22)을 통한 퍼지시점이 해당 축열실(22)의 배출시점과 맞물리지 않도록 하기 위하여 제공되는 간격이다.

다시 말해서, 하나의 축열실(22)을 기준으로 하여, 퍼지통로(18c)를 통한 해당 축열실(22)의 퍼지작동 및 배출통로(18b)를 통한 해당 축열실(22)의 배출작동이 일정한 시간차를 두고 서로 겹쳐지지 않도록 함으로서, 축열재(24)에 포함된 미연소가스의 전량(全量)이 퍼지작동에 의하여 충분한 시간을 두고 연소실(23)로 모두 불어 내어진 다음, 해당 미연소가스가 배출단계를 거치면서 연소 및 산화처리되도록 한 것이다.

이로 인하여, 종래의 경우와 같이 퍼지통로(18c)와 배출통로(18b)가 하나의 축열실(22)을 공유함에 따라, 분배하우징(4)의 유입공간(43)으로부터 축열실(22)을 거쳐 연소실(23)로 유입되지 못하고 축열재(24)에 갇힌 상태로 존재하는 미연소가스가 연소 및 산화처리 되지 아니한 상태로 배출통로(18b)를 따라 배출되는 현상을 보다 완벽하게 방지할 수 있게 됨으로서, 본 발명의 처리장치(1)에 의한 유해가스의 처리성능을 보다 더 크게 향상시킬 수 있는 한편, 대기중으로 배출되는 미연소가스의 량을 실질적으로 제로(Zero)화시킬 수 있는 것이다.

도 7에서는 축열연소챔버(2)의 내부에 총 12개의 축열실(22)이 구획되도록 한 상태에서, 상기 수평회전판(18)의 유입통로(18a)와 배출통로(18b)는 각각 4개의 축열실(22)을 연통시키도록 이루어지고, 상기 퍼지통로(18c)는 1개의 축열실(22)을 연통시키도록 이루어지며, 나머지 3개의 축열실(22)이 각각의 통로(18a)(18b)(18c) 사이에 형성된 간격마다 1개씩 위치되도록 한 것으로 도시되어 있다.

그러나, 유입통로(18a)와 배출통로(18b)의 사이, 그리고 배출통로(18b)와 퍼지통로(18c)의 사이에, 적어도 1개 이상의 축열실(22)을 커버할 수 있는 간격이 제공된다는 조건하에서, 수평회전판(18)에 형성되는 통로(18a)(18b)(18c)의 치수나 형상은 축열연소챔버(2)의 내부에 구획되는 축열실(22)의 개수(통상 8개 내지 24개)와 폭에 맞추어 다양하게 조정이 가능함은 물론이다.

또한, 필요에 따라서는 상기 유입통로(18a)와 퍼지통로(18c)의 사이에 별도의 간격이 제공되지 않도록 하더라도 무방하며, 퍼지통로(18c)의 경우에도 1개 이상의 축열실(22)을 연통시킬 수 있도록 보다 큰 폭으로 형성될 수 있으며, 도면상 유입통로(18a)에 제공된 3개의 지지살은 생략되어도 무방함을 밝혀두는 바이다.

본 발명의 제 3요부에 해당하는 구성요소로서는 도 3 및 도 5에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 상기 축열연소챔버(2)의 내부에 설치되는 기류분배수단이 되는 바, 상기 기류분배수단을 설명하기 이전에 그 기초가 되는 축열연소챔버(2)의 전체적인 구성을 먼저 언급하면 다음과 같다.

상기 축열연소챔버(2)는 도 3 및 도 5에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 하단케이싱(3)을 포함하는 싸이클론 형상의 챔버바디(20)와, 상기 챔버바디(20)의 상단부에 조립식으로 연결 설치되는 챔버커버(21)를 포함하여서 이루어지며, 상기 챔버바디(20)의 내부 중앙에는 하단케이싱(3)의 지지판(31a)과 연결되는 원통 형상의 센터포스트(25)가 설치되는 한편, 상기 센터포스트(25)를 중심으로 하여 다수 개(도면상 12개)의 격판(26)이 방사상으로 연결 설치된다.

상기와 같이 설치되는 격판(26)에 의하여 챔버바디(20)의 내부에는 다수 개의 축열실(22)이 구획 형성되며, 상기 각각의 축열실(22)에는 축열재(24)가 삽입 설치되는 바, 상기 축열재(24)는 고온축열성이 우수하고 공기가 통과될 수 있는 소재라면 어떠한 종류의 것을 적용시키더라도 무방하나, 가장 대표적인 예로는 다공성 세라믹이나 메탈폼(Metal foam) 또는 발포금속 등을 들 수 있다.

상기 축열재(24)의 안전한 설치 및 지지를 위하여 각각의 축열실(22) 하부에는 금속망(27)이 거치대(27a)상에 설치되는 데, 상기 금속망(27)은 축열재(24)로서 다공성 세라믹을 벽돌 형식으로 적재시키는 경우에 특히 유용하게 적용될 수 있으며, 상기 챔버커버(21)는 챔버바디(20)의 상부측에 조립 설치되어 그 내부공간이 연소실(23)을 제공하게 된다.

상기와 같이 챔버커버(21)의 내부공간이 연소실(23)이 되므로, 챔버커버(21)의 내부 표면을 따라서는 단열재(29)가 설치되는 한편, 챔버커버(21)의 측벽부를 관통하여 연소버너(6)가 설치되며, 상기 단열재(29)로서는 세라믹울이나 유리섬유와 같은 내화섬유를 사용하는 것이 시공상 가장 바람직하고, 필요에 따라서는 챔버바디(20)의 내주면과 축열재(24)의 사이 및/또는 격판(26)과 축열재(24)의 사이에도 단열재를 적용시킬 수 있다.

상기와 같은 축열연소챔버(2)의 내부에 설치되는 본 발명의 제 3요부로서의 기류분배수단은, 축열연소챔버(2)의 내부에 구획 형성된 각각의 축열실(22) 하부, 도면상 금속망(27)의 하부에 기류분배판(28)이 커버판의 형태로 조립 설치되도록 한 것과, 축열연소챔버(2)의 내부에서 각각의 축열실(22)을 구획하는 격판(26)이 축열재(24)보다 높은 위치까지 연장되도록 한 것이다.

상기 기류분배판(28)은, 분배하우징(4)에 형성된 각각의 공간(43)(44)(45) 및 축열연소챔버(2)에 형성된 각각의 축열실(22)을 유동하는 공기의 흐름을 골고루 분산시키는 기능을 수행함에 따라, 축열실(22)에 구비된 축열재(24)의 전체 부피에 걸쳐 유해가스의 처리가 이루어지도록 한 것이며, 도면상 기류분배판(28)에 사각 형상의 기류분배공(28a)이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이외에도 다른 형태의 구멍이 형성된 다공판 등이 기류분배판(28)으로 사용될 수 있다.

그리고, 상기 격판(26)에 의하면, 축열재(24)를 거쳐 연소실(23)로 유입되는 공기의 흐름을 상방으로 유도하여 상승기류를 제공함으로서, 연소실(23) 내부에서의 가스체류시간 및 이에 따른 연소시간을 최대한으로 확보토록 한 것이며, 이러한 기류분배판(28) 및 격판(26) 구조에 의하여 유해가스 처리성능을 보다 더 극대화시킬 수 있는 한편, 축열재(24)의 전체 부피에 걸친 유해가스의 균일한 처리를 통하여 축열재(24)의 수명연장에도 기여할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 제 4요부에 해당하는 구성요소로서는, 상기 축열연소챔버(2)의 챔버커버(21)에 설치되는 연소버너(6)의 역화방지용 수단 및 축열연소챔버(2)의 폭발방지용 수단이 되며, 상기 폭발방지수단은 앞서 언급되어진 바이패스관(7)을 기초로 하여 설치된다.

상기 역화방지수단은 도 1 및 도 8에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 축열연소챔버(2)를 이루는 챔버커버(21)의 벽체를 관통하여 연소실(23)로 삽입되는 메인버너(61)에 보조점화버너로서의 파일럿버너(62)가 구비되도록 하는 한편, 각각의 버너(61)(62)가 공기주입관(63)을 구비하는 버너케이싱(60)의 내부에 삽입된 상태로 축열연소챔버(2)에 설치되도록 한 것이다.

또한, 상기 버너케이싱(60)과 메인버너(61)의 사이에는 압축공기의 분사를 위한 공기주입통로(64)가 제공되는 한편, 상기 공기주입관(63)은 미도시된 에어컴프레셔와 연결 설치되는 바, 이로 인하여 연소실(23) 내부의 압력 및 온도가 기준치 이상으로 상승될 경우, 미도시된 센서가 상기 에어컴프레셔를 작동시켜 공기주입관(63) 및 공기주입통로(64)를 따라 압축공기를 분사시킴으로서, 메인버너(61)측으로 화염이 유입되지 않도록 하는 역화방지 기능을 수행하게 된다.

상기 메인버너(61)는 기존의 처리장치와 마찬가지로, 연료와 산소가 혼합된 상태로 분사 및 연소될 수 있도록, 미도시된 연료탱크 및 산소탱크 등과 연결 설치되며, 휘발성 유기화합물의 유입농도에 따라 가변되는 연소실(23)내의 산화온도를 기준으로 하여, 메인버너(61)의 작동 및 이에 따른 연소열량이 비례제어 방식으로 조절되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이와 더불어, 상기 파일럿버너(62)는 메인버너(61)의 재가동시 주연료를 통한 점화작업을 보조하는 공지의 기능을 수행함은 물론, 연소실(23)의 내부온도가 유해가스의 처리에 적합한 온도만큼 상승되어 메인버너(61)의 작동을 중지시키더라도 소량의 불꼿이 연소실(23)에 존재토록 함으로서, 연소용 연료가 되는 휘발성 유기화합물이 연소실(23)의 내부에 고농도로 축적된 상태에서 메인버너(61)를 재점화시키더라도, 휘발성 유기화합물에 의한 폭발이 발생하지 않도록 하는 안전기능을 추가로 수행하게 된다.

그리고, 주된 폭발방지수단으로서의 상기 바이패스관(7)은 도 9에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 축열연소챔버(2)의 상단측과 연통(76)의 사이에 설치됨으로서, 필요시 연소실(23)의 내압을 연통(76)측으로 배출시키는 기능을 수행하게 되며, 상기 바이패스관(7)에는 미도시된 압력센서에 의하여 그 개폐작동이 제어되는 개폐밸브(77)가 설치된다.

상기와 같이 폭발방지수단으로서 통상의 과압배출구나 파열디스크 등을 설치하지 않고 개폐밸브(77)를 구비하는 바이패스관(7)을 설치하는 이유는, 연소실(23) 내부의 압력과 온도가 기준치 이상으로 상승될 경우, 연소실(23)의 내압을 자동 배출시켜 처리장치(1)의 가동이 중지되지 않도록 함으로서, 처리장치(1)의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장토록 하기 위함이다.

그러나, 필요에 따라서는 상기 바이패스관(7) 대신에, 통상의 과압배출구 또는 파열디스크 등을 폭발방지수단으로 하여, 축열연소챔버(2)의 챔버커버(21)에 설치할 수 있음은 물론이고, 상기 과압배출구나 파열디스크 등을 바이패스관(7)과 함께 설치하여 사용할 수도 있는 바, 상기 과압배출구 및 파열디스크는 연소실(23) 내부의 압력이 기준치를 초과하게 되면, 배출통로를 막고 있던 디스크가 파열되어 연소실(23)의 내압이 외부로 배출되도록 한 것이다.

본 발명의 제 5요부에 해당하는 구성요소로서는, 상기 바이패스관(7)에 있어, 개폐밸브(77)와 연통(76)의 사이에 해당하는 위치에 온수 및/또는 난방용 열교환기(78)가 설치되도록 하는 한편, 상기 연통(76)의 상단측에는 유해가스의 촉매처리기(79)가 설치되도록 한 것이다.

상기 열교환기(78)는 연통(76) 또는 바이패스관(7)을 거쳐 대기중으로 배출되는 배출가스, 즉 청정공기의 폐열(약 80℃ 내외)을 회수하여 온수나 난방 목적으로 사용토록 함에 따라, 에너지의 추가적인 재활용이 가능토록 한 것으로서, 기계산업분야에 통상적으로 사용되는 열교환기라면 어떠한 종류의 제품을 적용시키더라도 무방하다.

그리고, 상기 촉매처리기(79)는 본 발명의 처리장치(1) 내부에서 미처 처리되지 못한 극소량의 유해가스, 즉 휘발성 유기화합물을 촉매식 산화반응에 의하여 최종적으로 처리토록 함으로서, 연소처리와 촉매처리의 병행에 따라 유해가스의 고효율 처리가 가능토록 한 것이며, 상기 촉매처리기(79)로는 일산화탄소(CO)의 선택적 산화반응을 이용한 촉매반응기를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 처리장치(1)를 도장시설과 함께 설치하여 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 처리하는 과정 및 그 작용관계를 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 자동차 도장설비와 같은 각종 도장시설(70)로부터 필터장치(72)와 구동팬(73)을 거쳐 연장되는 유해가스의 유입관(71)이 본 발명에 따른 처리장치(1)의 분배하우징(4)에 구비된 유입덕트(8)와 연결 설치되도록 하고, 상기 분배하우징(4)의 배출덕트(9)가 배출관(74)에 의하여 연통(76)과 연결 설치되도록 하는 한편, 분배하우징(4)의 퍼지관(10)에는 퍼지팬(Purge fan)(75)이 연결 설치되도록 하면, 본 발명에 따른 처리장치(1)의 설비가 완료된다.

상기와 같은 상태에서 연소버너(6)를 작동시켜 연소실(23)의 내부온도가 유해가스의 처리에 적합한 약 800℃ 정도로 상승되면, 구동모터(14)와 구동팬(73) 및 퍼지팬(75)을 각각 작동시킴으로서, 상기 수평회전판(18)이 회전되도록 하는 동시에, 유입덕트(8)와 퍼지관(10)을 통하여 유해가스 및 퍼지공기가 유입되도록 함에 따라, 본 발명의 처리장치(1)를 가동시키게 된다.

상기와 같이 본 발명의 처리장치(1)를 가동시키게 되면, 도장설비(70)로부터 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스가 필터장치(72)와 구동팬(73)을 거친 다음, 유입관(71)을 따라 유입덕트(8)로부터 분배하우징(4)의 유입공간(43)으로 1차 유입되며, 이와 같이 분배하우징(4)의 내부로 유입된 유해가스가 수평회전판(18)의 유입통로(18a)와 하단케이싱(3) 및 축열실(22)의 축열재(24)를 거쳐 연소실(23)의 내부로 공급된다.

상기와 같이 연소실(23)의 내부로 공급된 유해가스는 연소실(23)의 내부에서 연소 및 산화 처리되어 청정공기로 조성된 다음, 맞은 편에 위치하는 다른 축열실(22)의 축열재(24)를 통과하면서 해당 축열재(24)의 온도를 약 600℃ 정도까지 가열시키게 되며, 이와 같이 축열재(24)를 가열시키고 하단케이싱(3)으로 유입된 청정공기는 수평회전판(18)의 배출통로(18b)로부터 분배하우징(4)의 배출공간(44) 및 배출덕트(9)를 거쳐 배출관(74)을 따라 연통(76)으로 최종 배출된다.

상기와 같은 과정을 거쳐 축열재(24)상에 축적된 연소열은, 수평회전판(18)의 회전에 따라 해당 축열실(22)이 유입통로(18a)와 연통되는 시점에서, 해당 축열실(22)로 유입되는 유해가스를 연소실(23)로 보내기 이전에, 유해가스가 연소에 적합한 온도로 미리 가열되도록 하는 데 사용된다.

상기와 같은 과정을 거쳐 해당 축열실(22)이 유해가스의 유입 및 가열작업을 수행한 다음에는, 수평회전판(18)의 회전에 따라 해당 축열실(22)이 퍼지통로(18c)와 연통되며, 이로 인하여 퍼지팬(75)으로부터 공급되는 퍼지공기가 퍼지관(10)을 거쳐 분배하우징(4)의 퍼지통로(45) 및 하단케이싱(3)을 통과한 다음, 해당 축열실(22)로 송풍된다.

상기와 같은 퍼지과정을 거치게 되면, 해당 축열실(22)의 축열재(24)에 포함된 미연소가스가 퍼지공기의 송풍압력에 의하여 연소실(23)로 밀려 나가게 되며, 이와 같이 연소실(23)로 밀려 나간 미연소가스가 연소실(23)의 내부에서 연소 및 산화되어 청정공기로 조성된 다음, 수평회전판(18)의 회전에 따라 해당 축열실(22)이 배출통로(18b)와 다시 연통되는 시점에서 분배하우징(4)의 배출공간(44) 및 배출덕트(9)를 거쳐 연통(76)으로 최종 배출되는 것이다.

상기와 같이 메탈링(19)을 기초로 한 수평회전판(18)의 연속적인 회전작동에 따라 각각의 축열실(22)이 유입→퍼지→배출→유입의 싸이클을 반복적으로 수행하면서 유해가스의 유입경로와 퍼지공기의 공급경로 및 청정공기의 배출경로를 교대로 제공하게 되며, 이로 인하여 본 발명의 처리장치(1)를 이용한 유해가스의 처리가 중단없이 연속적으로 수행될 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 축열재(24)에 포함된 미연소가스를 연소실(23)로 불어 내는 퍼지작동이 일정한 시간차를 두고 배출작동과 완벽하게 분리되어 독립적으로 수행됨으로서, 축열재(24)에 포함된 미연소가스가 대기중으로 직접 배출되는 상황을 보다 더 확실하게 방지하여, 미연소가스의 배출량을 실질적으로 제로화시킬 수 있는 것이며, 필요에 따라 상기 퍼지관(10)은 퍼지팬(75)을 구비한 상태로 청정가스의 배출을 위한 배출관(74)으로부터 분기될 수도 있다.

상기와 같이 수평회전판(18)의 작동에 따라 유해가스의 처리를 연속구동 방식에 의하여 지속적으로 수행하는 과정에서, 수평회전판(18)과 밀착된 실링수단으로서의 메탈링(19)이 마모되어 수평회전판(18)과 메탈링(19)의 사이에 간극이 발생할 수 있으며, 이러한 경우 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스가 해당 간극을 통하여 처리장치(1)의 외부로 누설될 수 있다.

따라서, 처리장치(1)의 가동 후 일정 기간이 경과한 다음에는, 상기 리프팅기구(5)에 의하여 분배하우징(4)을 하단케이싱(3)측으로 밀착시킴으로서, 수평회전판(18)과 메탈링(19)이 항상 일정한 밀착력을 유지토록 할 수 있으며, 이로 인하여 구동부를 통한 유해가스의 누설을 효과적으로 차단시켜 유해가스의 처리성능 향상 및 에너지의 효율적인 운용 측면에 한층 더 기여할 수 있다.

또한, 상기 기류분배판(28) 및 격판(26)의 구조에 의하여, 각각의 축열실(22)을 통과하는 기류가 축열재(24)의 전체부피에 걸쳐 보다 골고루 분배되도록 하는 한편, 연소실(23) 내부에서 가스의 체류 및 연소시간을 최대한으로 확보할 수 있음에 따라, 유해가스 처리성능의 극대화 및 축열재의 수명연장에도 기여할 수 있는 것이다.

이와 더불어, 앞에서 이미 설명되어진 바와 같이 파일럿버너(62) 및 바이패스관(7)에 의한 폭발방지수단과, 압축공기의 주입에 따른 연소버너(6)의 역화방지수단에 의하여, 처리장치(1)의 가동에 따른 연속성과 안전성을 동시에 보장할 수 있음은 물론이고, 바이패스관(7)에 설치된 열교환기(78) 및 연통(76)에 설치된 촉매처리기(79)에 의하여 에너지의 추가적인 재활용 및 유해가스의 고효율 처리가 가능하게 되는 것이다.

위에서 설명되어진 내용은 본 발명에 대한 이해의 편의를 돕기 위하여 최적 실시예만이 상세하게 설명되어진 것에 불과하며, 본 발명이 추구하고자 하는 기술적 사상의 범주를 벗어남이 없이 예시된 구조를 기초로 하여 다양한 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백한 사항이며, 본 발명은 첨부된 청구항에 기재된 기술적 내용을 기초로 평가되어져야 함은 물론이다.

Claims (7)

  1. 유해가스의 유입공간(43)과 청정가스의 배출공간(44)과 퍼지공간(45)이 동심원 형상의 격벽(41)(42)으로 구획 형성되고, 상기 유입공간(43)과 배출공간(44)과 퍼지공간(45)에는 유입덕트(8)와 배출덕트(9)와 퍼지관(10)이 각각 연결 설치되는 분배하우징(4)과; 상기 분배하우징(4)의 상부측에 설치되고, 내부에는 축열재(24)가 구비된 다수 개의 축열실(22)이 방사상의 격판(26)에 의하여 구획 형성되며, 상기 축열실(22)의 상부공간이 연소실(23)이 되는 축열연소챔버(2);를 포함하여서 이루어지며, 상기 분배하우징(4)과 축열연소챔버(2)의 사이에는 수평회전판(18)이 설치되고, 상기 수평회전판(18)에는 분배하우징(4)의 유입공간(43)과 배출공간(44)과 퍼지공간(45)의 상부에 위치한 상태로 각각의 축열실(22)이 해당 공간과 번갈아가며 연통되도록 하는 유입통로(18a)와 배출통로(18b)와 퍼지통로(18c)가 절개 형성되며, 상기 수평회전판(18)의 회전축(16)은 분배하우징(4)의 중심부를 관통하여 구동수단과 연결 설치되고, 상기 축열연소챔버(2)에는 연소실(23)의 내부로 삽입되는 연소버너(6)가 설치된 축열연소 및 산화처리장치에 있어서,
    상기 축열연소챔버(2)의 하단부는 분배하우징(4)의 상부면을 통하여 일정 깊이만큼 삽입 설치되고,
    상기 축열연소챔버(2)의 하단면과 분배하우징(4)의 내측 상단면에는 수평회전판(18)의 회전을 지지하는 골조프레임 형상의 상,하부지지판(34)(47)이 설치되고,
    상기 상,하부지지판(34)(47)에는 오일리스 베어링으로서 분배하우징(4)과 대응되는 동심원 형상의 메탈링(19)이 고정 설치되어 각각의 메탈링(19)이 수평회전판(18)과 밀착되도록 설치되고,
    상기 분배하우징(4)의 하부측에는 회전축(16)의 구동수단으로서 감속기(15)를 구비하는 구동모터(14)와, 분배하우징(4)의 리프팅기구(5)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수평회전판(18)에 형성된 유입통로(18a)와 배출통로(18b)와 퍼지통로(18c)의 사이에는, 적어도 1개 이상의 축열실(22)을 커버할 수 있는 간격이 제공되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 축열연소챔버(2)의 내부에 구획 형성된 각각의 축열실(22) 하부에는 기류분배공(28a)이 형성된 기류분배판(28)이 커버판의 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 축열연소챔버(2)의 내부에서 각각의 축열실(22)을 구획하는 격판(26)은 축열재(24)보다 높은 위치까지 연장되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 축열연소챔버(2)의 상단측에는 개폐밸브(77)를 구비하는 내압배출용 바이패스관(7)이 연결 설치되고, 상기 바이패스관(7)은 배출공기의 통로가 되는 연통(76)과 연결 설치되며,
    상기 축열연소챔버(2)의 벽체를 관통하여 연소실(23)의 내부로 삽입되는 연소버너(6)에는 파일럿버너(62)와 압축공기 주입수단이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 바이패스관(7)에는 개폐밸브(77)와 연통(76)의 사이에 해당하는 위치에 열교환기(78)가 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 연통(76)의 상단측에는 유해가스의 촉매처리기(79)가 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 축열연소 및 산화처리장치.
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