KR101152623B1

KR101152623B1 - 유증기 냉각 응축장치

Info

Publication number: KR101152623B1
Application number: KR1020110126618A
Authority: KR
Inventors: 서기철
Original assignee: (주)서해기술
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-06-07

Abstract

본 발명은 유증기 냉각 응축장치에 관한 것으로서, 응축된 미세 유증기 액체용매가 유입되는 액체용매 유입부와, 미세 유증기 액체용매가 서로 달라붙어 형성된 입자가 큰 액체용매인 용매액이 배출되는 용매액 배출부와, 비응축성 가스가 배출되는 가스 배출부를 구비하는 장치본체; 및 상기 액체용매 유입부에 인접되게 상기 장치본체에 마련되되 상기 미세 유증기 액체용매를 상기 용매액으로 형성시키도록 표면에 다수의 미세기공이 형성되는 다공 플레이트를 포함한다. 이에 의해, 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 용이하게 형성시킬 수 있어 유증기 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

유증기 냉각 응축장치{APPARATUS FOR CONDENSATION OF OILY VAPOR}

본 발명은, 유증기 냉각 응축장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 용이하게 형성시킬 수 있어 유증기 처리 효율을 향상시킬 수 있는 유증기 냉각 응축장치에 관한 것이다.

일반적으로 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Componds)(이하, '유증기')은 증기압이 높아 대기 중에 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 대기 중의 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 좌측부에 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 유해분진을 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 수 있도록 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 열교환으로는 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 수밖에 없다.

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

이에, 본 출원인은 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 제10-0892398호로서 유증기 냉각장치를 등록받은 바 있다. 상기 기술은 유증기가 대기로 누출되지 않도록 액화 응축하여 효율적으로 회수하는 유증기 냉각장치에 관한 것이다.

한편, 상기 문헌에 개시된 유증기 냉각장치를 비롯하여 다양하게 공지되어 있는 유증기 냉각장치를 통과한 유증기는 유증기 용매와 비응축성 가스(대부분 공기)가 혼합된 상태로 되는데, 이 유증기는 작은 액체입자 상태로 공기와 같이 섞여서 이동되는 것이 일반적이다.

이와 같이, 작은 액체입자 상태의 유증기 용매(이하, 미세 유증기 액체용매라 함)들은 서로의 표면장력에 의해 서로 달라붙어 점점 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 자라나서 대부분 자중에 의해 아랫부분으로 떨어져서 모아지지만 그밖에 뭉쳐지지 않은 미세 유증기 액체용매들은 주변의 응축에 의한 진공상태로 분압이 작아지면서 공기와 더불어 다시 기체가 되기 쉽다.

따라서 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 형성시키려면 서로의 액체용매의 간격이 가까워야 표면장력에 의해 서로 달라붙어서 입자가 점점 큰 액체로 형성되는데 주변의 비응축성 가스들이 이를 방해하는 요소로 작용하여 액체용매를 응축하기 어려워지기 때문에, 이를 해결하기 위한 좀 더 효율적인 방안이 요구된다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2010-0006633호 대한민국특허청 출원번호 제10-2011-0105868호 대한민국특허청 출원번호 제20-2009-0005262호

본 발명의 목적은, 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 용이하게 형성시킬 수 있어 유증기 처리 효율을 향상시킬 수 있는 유증기 냉각 응축장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 응축된 미세 유증기 액체용매가 유입되는 액체용매 유입부와, 미세 유증기 액체용매가 서로 달라붙어 형성된 입자가 큰 액체용매인 용매액이 배출되는 용매액 배출부와, 비응축성 가스가 배출되는 가스 배출부를 구비하는 장치본체; 및 상기 액체용매 유입부에 인접되게 상기 장치본체에 마련되되 상기 미세 유증기 액체용매를 상기 용매액으로 형성시키도록 표면에 다수의 미세기공이 형성되는 다공 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치에 의해 달성된다.

상기 다공 플레이트는 다수 개가 경사지게 배치되며, 상기 다수의 다공 플레이트는 플레이트 지지체에 고정되어 한 몸체로 마련될 수 있다.

상기 다공 플레이트의 경사 각도는 2도 내지 10도의 범위를 가질 수 있다.

상기 다수의 다공 플레이트에 형성되는 미세기공들은 아래쪽의 다공 플레이트로 갈수록 직경이 좁아지게 형성될 수 있다.

상기 다수의 다공 플레이트에서 기울기가 낮은 코너 영역에는 상기 용매액 배출부로 상기 용매액을 배출시키는 배출구가 더 형성될 수 있다.

상기 배출구는 상기 미세기공의 직경보다 클 수 있다.

상기 미세기공은, 전 구간에 걸쳐 직경이 서로 동일하게 마련되어 상기 미세 유증기 액체용매를 압축시키는 압축용 통과홀; 및 상기 압축용 통과홀이 끝나는 지점에서부터 점진적으로 그 직경이 넓어지게 형성되어 상기 미세 유증기 액체용매를 확산시키는 확산용 통과홀을 포함할 수 있다.

상기 확산용 통과홀의 길이는 상기 압축용 통과홀의 길이보다 짧을 수 있다.

상기 미세 유증기 액체용매의 종류에 따라 상기 다공 플레이트, 상기 다공 플레이트에 형성되는 미세기공의 크기, 그리고 다공 플레이트의 개수 또는 기울기가 결정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 용이하게 형성시킬 수 있어 유증기 처리 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 유증기 냉각장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 'A-A'부 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유증기 냉각 응축장치의 구조도.
도 4는 도 2의 요부 확대도.
도 5는 제1 다공 플레이트의 평면 구조도.
도 6은 제1 다공 플레이트의 요부 측면 구조도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유증기 냉각 응축장치의 구조도, 도 4는 도 2의 요부 확대도, 도 5는 제1 다공 플레이트의 평면 구조도, 그리고 도 6은 제1 다공 플레이트의 요부 측면 구조도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 유증기 냉각 응축장치는, 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 용이하게 형성시켜 유증기 처리 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로서, 장치본체(110)와, 다공 플레이트(131~135)를 포함할 수 있다.

장치본체(110)는 본 실시예의 유증기 냉각 응축장치에서 외관을 형성한다. 이러한 장치본체(110)에는 응축된 미세 유증기 액체용매가 유입되는 액체용매 유입부(111)와, 미세 유증기 액체용매가 서로 달라붙어 형성된 입자가 큰 액체용매인 용매액이 배출되는 용매액 배출부(112)와, 비응축성 가스가 배출되는 가스 배출부(113)가 형성된다.

이러한 구조로 인해, 액체용매 유입부(111)를 통해 유입되는 응축된 미세 유증기 액체용매는 그 대부분이 용매액으로 형성되어 용매액 배출부(112)로 배출되고, 용매액으로 형성되지 않은 일부의 가스, 즉 비응축성 가스(대부분 공기임)는 가스 배출부(113)로 배출된다.

이때, 미세 유증기 액체용매가 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 형성되기 위해, 다수의 다공 플레이트(131~135)가 마련된다.

이러한 다공 플레이트(131~135)들은 액체용매 유입부(111)에 인접되게 장치본체(110)에 마련되며, 표면에는 미세 유증기 액체용매를 용매액으로 형성시키는 수단으로서 다수의 미세기공(141)이 형성된다.

이하, 편의를 위해 다공 플레이트(131~135)들을 위에서부터 아래를 향해 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)라 한다. 이처럼, 본 실시예의 경우, 5개의 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)가 적용되는데, 이러한 사항은 하나의 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다. 다시 말해, 다공 플레이트(131~135)의 개수는 한 개부터 두 개 이상, 다양할 수 있다.

제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)는 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 플레이트 지지체(150)에 고정되어 한 몸체로 마련될 수 있으며, 다수의 브래킷(152)에 의해 장치본체(110)에 결합될 수 있다.

제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)들이 도 4처럼 한 몸체로 마련되면 설치 또는 유지보수가 편리해지는 이점이 있다.

한편, 한 쌍의 플레이트 지지체(150) 사이에 고정될 수 있는 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)는 상호간 나란하게 경사져 있는데, 이때의 경사 각도(θ)는 2도 내지 10도의 범위, 바람직하게는 5도의 경사 각도(θ)를 가질 수 있다.

이와 같이, 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)가 경사지게 배치됨으로써 미세 유증기 액체용매가 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 형성되는 데에 보다 유리하다.

자세히 도시되어 있지는 않지만 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135) 모두에서 기울기가 낮은 코너 영역에는 배출구(미도시)가 더 형성된다. 이 배출구는 미세기공(141)의 직경보다 크게 형성될 수 있으며, 그 위쪽의 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)로부터 빠져 나와 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)의 표면을 따라 흐르는 입자가 큰 액체용매인 용매액을 그대로 직하방으로 배출시키는 통로가 될 수 있다.

제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)에 형성되는 미세기공(141)은 그 아래쪽의 다공 플레이트(132~135)들로 갈수록 직경이 좁아지게 형성된다.

미세기공(141)의 역할에 대해 부연하면, 강제적으로 미세 유증기 액체용매의 간격을 좁히기 위하여 작은 구멍인 미세기공(141)을 통과하게 되면, 순간적으로 비응축성 가스의 압축이 이루어지고 이로 인하여 액체입자 공간이 축소되는 효과로 미세 유증기 액체용매들의 간격이 좁아지고, 이 좁아지는 과정에서 서로 부딪히는 현상이 높아져서 입자가 큰 액체용매인 용매액을 형성하여 응축할 수 있다.

도 5 및 도 6의 경우, 제1 다공 플레이트(131)에 형성되는 미세기공(141)을 나타내고 있는데, 만약 제1 다공 플레이트(131)에 형성되는 미세기공(141)의 직경(Φ)이 1.0인 경우, 제2 다공 플레이트(132)의 직경(Φ)은 0.8, 이하들은 0.5, 0.3, 0.1 등일 수 있다. 이처럼 아래로 갈수록 미세기공(141)의 직경이 줄기 때문에 미세 유증기 액체용매가 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 형성되는 데에 보다 유리하다.

미세기공(141)은 도 6에 도시된 바와 같이, 전 구간에 걸쳐 직경이 서로 동일하게 마련되어 미세 유증기 액체용매를 압축시키는 압축용 통과홀(141a)과, 압축용 통과홀(141a)이 끝나는 지점에서부터 점진적으로 그 직경이 넓어지게 형성되어 미세 유증기 액체용매를 확산시키는 확산용 통과홀(141b)을 포함할 수 있다.

이때, 확산용 통과홀(141b)의 길이는 압축용 통과홀(141a)의 길이보다 짧게 마련된다. 예컨대, 미세기공(141)의 전체 길이가 8t인 경우, 확산용 통과홀(141b)의 길이가 2t이면, 압축용 통과홀(141a)의 길이는 6t일 수 있다. 이처럼 압축과 확산을 수행하도록 함으로써 미세 유증기 액체용매가 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 형성되는 데에 보다 유리하게 작용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 5 및 도 6에는 제1 다공 플레이트(131)에 형성되는 미세기공(141)에 대해서만 도시하였으나 제2 내지 제5 다공 플레이트(132~135)에 형성되는 미세기공(미도시)의 경우에도 동일하다.

이러한 구성에 의해, 미세 유증기 액체용매가 액체용매 유입부(111)를 통해 유입된 후, 제1 내지 제5 다공 플레이트(131~135)를 지나면서 대부분은 서로 달라붙어 형성된 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 형성되어 용매액 배출부(112)로 배출되고, 비응축성 가스인 통상의 공기는 가스 배출부(113)로 배출된다.

미세 유증기 액체용매가 용매액으로 형성되어 용매액 배출부(112)로 배출되는 과정을 살펴보면, 강제적으로 미세 유증기 액체용매의 간격을 좁히기 위하여 작은 구멍인 미세기공(141)을 통과하도록 하면, 순간적으로 비응축성 가스의 압축이 이루어지고 이로 인하여 액체입자 공간이 축소되는 효과로 미세 유증기 액체용매들의 간격이 좁아지고, 이 좁아지는 과정에서 서로 부딪히는 현상이 높아져서 입자가 큰 액체용매인 용매액을 형성하여 응축할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 미세 유증기 액체용매를 입자가 큰 액체용매인 용매액으로 용이하게 형성시킬 수 있어 유증기 처리 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 실시예에서는 그 설명을 생략하였지만 미세 유증기 액체용매의 종류에 따라 상기 다공 플레이트, 상기 다공 플레이트에 형성되는 미세기공의 크기, 그리고 다공 플레이트의 개수 또는 기울기가 결정될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

110 : 장치본체 111 : 액체용매 유입부 112 : 용매액 배출부
113 : 가스 배출부 131~135 : 다공 플레이트 141 : 미세기공
141a : 압축용 통과홀 141b : 확산용 통과홀
150 : 플레이트 지지체

Claims

응축된 미세 유증기 액체용매가 유입되는 액체용매 유입부와, 미세 유증기 액체용매가 서로 달라붙어 형성된 입자가 큰 액체용매인 용매액이 배출되는 용매액 배출부와, 비응축성 가스가 배출되는 가스 배출부를 구비하는 장치본체; 및
상기 액체용매 유입부에 인접되게 상기 장치본체에 마련되되 상기 미세 유증기 액체용매를 상기 용매액으로 형성시키도록 표면에 다수의 미세기공이 형성되는 다공 플레이트를 포함하며,
상기 미세기공은,
전 구간에 걸쳐 직경이 서로 동일하게 마련되어 상기 미세 유증기 액체용매를 압축시키는 압축용 통과홀; 및
상기 압축용 통과홀이 끝나는 지점에서부터 점진적으로 그 직경이 넓어지게 형성되어 상기 미세 유증기 액체용매를 확산시키는 확산용 통과홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 다공 플레이트는 다수 개가 경사지게 배치되며,
상기 다수의 다공 플레이트는 플레이트 지지체에 고정되어 한 몸체로 마련되는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
제2항에 있어서,
상기 다공 플레이트의 경사 각도는 2도 내지 10도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
제2항에 있어서,
상기 다수의 다공 플레이트에 형성되는 미세기공들은 아래쪽의 다공 플레이트로 갈수록 직경이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
제2항에 있어서,
상기 다수의 다공 플레이트에서 기울기가 낮은 코너 영역에는 상기 용매액 배출부로 상기 용매액을 배출시키는 배출구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
제5항에 있어서,
상기 배출구는 상기 미세기공의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 확산용 통과홀의 길이는 상기 압축용 통과홀의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.
제1항에 있어서,
상기 미세 유증기 액체용매의 종류에 따라 상기 다공 플레이트, 상기 다공 플레이트에 형성되는 미세기공의 크기, 그리고 다공 플레이트의 개수 또는 기울기가 결정되는 것을 특징으로 하는 유증기 냉각 응축장치.