KR101557239B1

KR101557239B1 - 폐수증기 저장장치

Info

Publication number: KR101557239B1
Application number: KR1020140123696A
Authority: KR
Inventors: 엄태인
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2015-10-02

Abstract

본 발명에 따른 폐수증기 저장장치는 각종 설비로부터 방출되는 폐수증기를 포집하는 포집부; 상기 포집부와 연통하도록 연결되어, 상기 포집된 폐수증기를 공급받아, 상기 폐수증기 내에 포함된 이물질을 분리 및 제거하는 이물질분리부; 상기 이물질분리부와 연통하도록 연결되어, 상기 이물질이 걸러진 폐수증기를 고온·고압의 상태에서 압축하는 압축부; 상기 압축부와 연통하도록 연결되어, 상기 고압상태의 폐수증기를 공급받아 저장하며, 에어로젤(Aerogel)층을 포함하여 단열효과를 갖는 저장탱크; 상기 압축부와 저장탱크의 사이에 설치되며, 이동하는 폐수증기의 압력을 조절하고, 역류를 방지하는 압력조절부; 상기 저장탱크와 연통하도록 연결되어, 상기 저장된 폐수증기가 보유한 엔탈피를 이용하여 구동하는 구동부를 포함한다. 본 발명에 따른 폐수증기 저장장치에 의하면, 단열성이 높은 에어로젤(Aerogel)을 사용하여, 폐수증기를 저장하는 동안 상기 폐수증기의 열에너지 손실을 최소화 할 수 있으며, 써지방지밸브와 압력조절부를 구비하여 폐수증기의 유동 흐름을 원활하게 함으로써, 폐수증기의 극심한 진동과 반복되는 역류에 의한 장치의 고장을 막을 수 있다.

Description

폐수증기 저장장치{Storage device for waste steam}

본 발명은 폐수증기 저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 설비로부터 방출되는 폐수증기를 포집하여 압축 및 저장하는 폐수증기 저장장치에 관한 것이다.

현재 농축 공정, 제철 및 제강 공정, 석유 화학 공정, 저압 터빈 발전용 화력 발전 공정 등의 각종 산업공정에서 막대한 폐수증기가 발생하고 있으며, 이러한 폐수증기는 2,256kJ/kg의 막대한 잠열을 보유하고 있는 것으로 보고된다.

더욱이, 이러한 폐수증기는 그대로 공기 중으로 배출될 경우 에너지의 손실 뿐 만 아니라 지구온실효과를 악화시키는 요인이 될 수 있어, 각종 산업에서의 폐수증기 재이용 활성화가 필수한 실정이다.

이에 따라, 다양한 폐수증기 재활용 시스템들이 개발되고 있으며, 그 중 하나로 회수한 폐수증기를 고온ㅇ고압상태에서 압축하여 재이용하는 폐수증기 재활용시스템이 제안되고 있다.

위와 같은 폐수증기 재활용시스템에 관한 기술로서 대한민국 등록특허 제 10-1176368호(2012.08.23)가 개시되어 있다. 여기에서는 설비에서 방출되는 폐수증기를 포집하여 높은 응축수가 되도록 압축하고, 상기 압축된 폐수증기를 단열 조건에서 단열저장부에 저장하여 필요에 따라 배급부에 공급하는 폐수증기 재활용 시스템을 제공하고 있다.

하지만 종래와 같은 폐수증기 재활용 시스템은 단열저장부의 구체적인 단열방법을 개시하지 않고 있다.

또한, 폐수증기를 압축하기 이전에 내부의 불순물을 제거하지 않아, 압축 및 저장 과정에서 상기 불순물이 방해요소로 작용할 수 있다.

또한, 폐수증기의 압축과정이 고온, 고압상태에서 이루어지므로, 유량 대비 압축비가 높아지면서 써지(Surge)현상이 발생할 위험이 있다. 이러한 써지(Surge)현상은 압축기의 공회전을 유도하여, 폐수증기의 흐름을 불규칙하게 만들어 역류에 의한 압축장치의 파손을 초래할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 폐수증기 저장장치의 구조를 개선하여 유동하는 폐수증기의 흐름을 원활히 유도하고, 상기 폐수증기의 에너지를 최대화하여 손실 없이 저장보관함으로써, 상기 폐수증기의 이용효율을 향상시킨 폐수증기 저장장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐수증기 저장장치는 설비에서 방출되는 폐수증기를 포집하는 포집부; 상기 포집부와 연통하도록 연결되어 상기 포집된 폐수증기를 공급받아 상기 폐수증기 내에 포함된 이물질을 분리 및 제거하는 이물질분리부; 상기 이물질분리부와 연통하도록 연결되어 상기 이물질이 걸러진 폐수증기를 고온·고압의 상태에서 압축하는 압축부; 상기 압축부와 연통하도록 연결되어 상기 고압상태의 폐수증기를 공급받아 저장하는 몸체와, 상기 몸체의 내측 또는 외측을 둘러싸서 단열효과를 갖는 에어로젤(Aerogel)층을 포함하는 저장탱크; 및 상기 압축부와 저장탱크의 사이에 설치하여, 이동하는 폐수증기의 압력을 조절하고, 역류를 방지하는 압력조절부를 포함한다.

여기서 상기 폐수증기 저장장치는 상기 저장탱크와 연통하도록 연결되어, 상기 저장탱크에 저장된 폐수증기가 보유한 에너지를 이용하여 구동하는 구동부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 이물질분리부는, 전기 전도성의 금속망발열체와, 상기 금속망발열체에 주기적으로 전류를 인가하여 전기적으로 발열시키는 전력공급부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 금속망발열체는 복수개의 통공이 형성된 메쉬(Mesh) 형상인 것이 바람직하다.

또한 상기 압축부는, 후단부에 설치되어 폐수증기의 써지(Surge)를 방지하는 써지방지밸브를 포함할 수 있다. 여기서 상기 써지방지밸브는 상기 압축부의 작동상태를 기동상태 및 정상작동상태로 구분하여 개폐정도를 조절하는 것이 바람직하다.

또한 상기 저장탱크는 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 여기서 상기 저장탱크는 원통형 또는 구형인 것이 바람직하다.

또한 상기 에어로젤(Aerogel)층은 열전도율이 11??15(mW/mK)인 실리카(SiO₂)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 폐수증기 저장장치에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 단열성이 높은 에어로젤(Aerogel)을 사용하여, 폐수증기를 저장하는 동안 상기 폐수증기의 열에너지 손실을 최소화 할 수 있다.

둘째, 폐수증기에 포함된 기름성분의 이물질을 연소 제거함으로써, 상기 폐수증기의 이용효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

셋째, 써지방지밸브와 압력조절부를 구비하여 폐수증기의 유동 흐름을 원활하게 함으로써, 폐수증기의 극심한 진동과 반복되는 역류에 의한 장치의 고장을 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐수증기 저장장치의 개략도,
도 2는 도 1에 나타낸 폐수증기 저장장치에 의해 폐수증기를 저장하는 방법을 도시한 흐름도이다.

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

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐수증기 저장장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 폐수증기 저장장치에 의해 폐수증기를 저장하는 방법을 도시한 흐름도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폐수증기 저장장치는 각종 설비로부터 방출되는 폐수증기를 포집하여 압축 및 저장하기 위한 것이다. 이를 위해 상기 폐수증기 저장장치는, 포집부(100), 이물질분리부(200), 압축부(300), 저장탱크(400), 압력조절부(500) 및 구동부(600)를 구비한다. 여기서 상기 폐수증기는, 건조, 농축과 제철ㅇ제강 공정, 석유 화학 공정 저압 터빈 발전용 화력 발전소 등에서 방출되는 온도는 80~135℃, 절대압력은 0.7~3 bar인 수증기를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 포집부(100)는 각종설비들로부터 방출되는 폐수증기를 포집하는 것으로, 상기 폐수증기가 임시적으로 저장될 수 있도록 수용공간을 갖는다.

상기 이물질분리부(200)는 상기 포집부(100)와 연통하도록 연결되어, 상기 포집된 폐수증기를 공급받아, 상기 폐수증기 내에 포함된 이물질을 분리 및 제거한다. 이때, 상기 이물질분리부는(200)는 금속망발열체(210)와 전력공급부(220)를 포함하며, 상기 금속망발열체(210)는 매쉬(Mesh)형태로 형성되어 복수개의 통공을 포함할 수 있고, 상기 전력공급부(220)는 금속망발열체(210)와 연결되도록 설치되어 주기적으로 상기 금속망발열체(210)에 전력을 인가하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 이물질분리부(200)는 내부의 폐수증기를 상기 금속망발열체(210) 사이로 통과시킴으로써, 상기 통공 사이로 상기 폐수증기에 포함되어있던 이물질이 끼이도록 하여 이물질을 분리하고, 상기 금속망발열체(210)를 발열시켜 상기 이물질을 연소 제거시킬 수 있다.

상기 압축부(300)는 상기 이물질분리부(200)와 연통하도록 연결되어, 상기 이물질이 걸러진 폐수증기를 고온·고압의 상태에서 압축하는 것으로서, 원심력식 압축기로 구성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 압축부(300)는 상기 폐수증기를 온도는 130~200℃, 절대압력은 2~10 bar로 압축하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 압축부(300)와 같은 고압상태에서 작동하는 원심력식 압축기는 써지(Surge)현상이 발생할 수 있다. 상기 써지(Surge)현상은 폐수증기 유량 대비 압축비가 높을 때 일어나는 것으로, 압축기의 회전체가 공회전을 하게 되어, 유동의 흐름이 불규칙하게 되고, 압력과 유량은 진동을 하게 되므로 시스템 압력저항 보다 압축기가 큰 압력을 생산하지 못하는 현상을 말한다. 이에 따라, 역류(逆流)가 반복적으로 발생하게 되어 상기 압축부(300)의 파손을 초래할 수 있다. 이와 같은 써지(Surge)현상을 방지하고자, 상기 압축부(300)의 후방에 써지방지밸브(310)를 구비하여, 상기 압축부(300)의 작동상태에 따라 상기 써지방지밸브(310)의 개방 정도 조절하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로는 상기 압축부(300)가 작동하기 시작하여 정상작동상태에 이르기 전 상태, 즉 기동상태에서 작동할 때, 상기 써지방지밸브(310)는 30%만 개방되는 것이 바람직하며, 상기 압축부(300)가 정상작동상태에서 작동할 때, 상기 써지방지밸브(310)는 100% 개방되는 것이 바람직하다. 또한 상기 압축부(300)는 후술(後術)할 저장탱크(400)의 압력이 상기 압축부(300)의 출구 압력보다 0.5 bar 이상 높거나, 상기 압축부(300)가 작동하는 동안 써지방지밸브(310)가 30%이상 잠겨 있으면, 작동을 정지하고 상기 폐수증기를 외부로 방출하는 것이 바람직하다.

상기 저장탱크(400)는 상기 압축부(300)와 연통하도록 연결되어, 상기 고압상태의 폐수증기를 공급받아 저장하는 몸체(410)와, 상기 몸체(410)의 내측 또는 외측을 둘러싸서 단열효과를 갖는 에어로젤(Aerogel)층(420)을 포함하는 것이 바람직하다. 다음은 본 발명의 실시예에 채용된 에어로젤과 다른 단열소재의 열전도율을 나타낸 표이다.

단열소재	열전도율, K(mW/mㅇK)
우레탄 폼	26
마이크로 실리카	19~33
스치로폼	38
유리섬유	38
석고보드	150
에어로젤(Aerogel)	11~15

상기 표를 참조하면, 에어로젤(Aerogel)은 열도율이 11~15(mW/mㅇK)인 실리카(SiO₂)가 주성분으로, 타 소재에 비해 열전도율이 낮아 단열소재로 적합하다. 또한 상기 저장탱크(400)는 상기 폐수증기 저장장치에 고정되도록 설치하는 것과 이동 가능하도록 설치하는 것이 모두 가능하다. 상기 저장탱크(400)가 이동 가능하도록 설치되는 경우, 상기 저장탱크(400)를 구형 또는 원통형으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 압력조절부(500)는 상기 압축부(300)와 저장탱크(400) 사이에 설치하여, 상기 압축부(300)에서 고압으로 압축된 폐수증기의 압력을 조절하고 상기 저장탱크(400)인입되는 폐수증기의 역류를 방지하는 역할을 한다. 이때, 상기 압력조절부(500)는 상기 저장탱크(400)의 압력이 상기 압축부(300)의 출구의 압력과 동일하게 되는 순간 작업자에게 알람을 제공하는 것이 바람직하다.

상기 구동부(600)는 상기 저장탱크(400)에 저장된 고압의 폐수증기를 필요에 따라 공급받아, 상기 폐수증기의 에너지를 구동력으로 구동한다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 폐수증기 저장장치를 이용하여 폐수증기를 저장하는 방법에 대해 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

도시된 바와 같이, 먼저 상기 포집부(100)에서 설비로부터 방출되는 폐수증기를 포집한다(S100).

그리고 상기 폐수증기를 상기 이물질분리부(200)로 이동시켜, 상기 금속망발열체(210)를 이용하여 상기 폐수증기에 포함된 이물질을 분리시킨다. 이때 상기 금속망발열체(210)에 주기적으로 전력을 인가하여, 통공에 끼인 이물질을 연소시켜 제거한다(S200).

뒤이어, 상기 폐수증기를 상기 압축부(300)로 이동시키고, 상기 압축부(300)를 기동시킨다(S300).

상기 압축부(300)가 기동되면, 상기 써지방지밸브(310)를 대략 30%만 개방시킨다(S400).

일정한 시간이 지나면, 상기 압축부(300)가 정상 작동상태에 도달한다. 이때, 상기 압축부(300)는 상기 폐수증기를 온도는 130~200℃, 절대압력은 2~10 bar로 압축하는 것이 바람직하다(S500).

상기 압축부(300)가 정상 작동상태로 진행되면, 상기 써지방지밸브(310)를 100% 개방시킨다(S600).

다음으로, 상기 압축부(300)에 잔류하는 고압의 폐수증기를 상기 저장탱크(400)로 이동시킨다. 상기 저장탱크(400)에 인입되기 전에, 상기 압력조절부(500)에서 상기 폐수증기의 압력을 조절한다. 이때, 상기 압력조절부(500)는 상기 폐수증기가 상기 압축부(300)로 역류되지 않도록 한다(S700).

상기한 바와 같은 단계(S700)를 거친 후, 상기 고압의 폐수증기는 상기 저장탱크(400)로 이동하여 저장된다(S800).

최종적으로 저장된 고압의 폐수증기는 필요에 따라, 구동부(600)에 공급된다(S900).

상기한 바와 같은 본 발명의 폐수증기 저장장치에 의하여 폐수증기를 저장하면, 단열성이 높은 에어로젤(Aerogel)을 사용하여, 폐수증기의 저장과정동안 열에너지 손실을 최소화 할 수 있으며, 폐수증기를 압축시키기 이전에 내부에 포함된 불순물을 분리 및 제거함으로써, 상기 폐수증기의 이용효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 써지방지밸브(310)와 압력조절부(500)를 구비하여 폐수증기의 유동 흐름을 원활하게 함으로써, 폐수증기의 극심한 진동과 반복되는 역류에 의한 장치의 고장을 막을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 포집부 200 : 이물질분리부
210 : 금속망발열체 220 : 전력공급부
300 : 압축부 310 : 써지방지밸브
400 : 저장탱크 410 : 몸체
420 : 에어로젤(Aerogel)층 500 : 압력조절부
600 : 구동부

Claims

설비에서 방출되는 폐수증기를 회수하여 저장하는 폐수증기 저장장치에 있어서,
설비에서 방출되는 폐수증기를 포집하는 포집부;
상기 포집부와 연통하도록 연결되어 상기 포집된 폐수증기를 공급받아 상기 폐수증기 내에 포함된 이물질을 분리 및 제거하는 이물질분리부;
상기 이물질분리부와 연통하도록 연결되어 상기 이물질이 걸러진 폐수증기를 고온·고압의 상태에서 압축하는 압축부;
상기 압축부와 연통하도록 연결되어 상기 고압상태의 폐수증기를 공급받아 저장하는 몸체와, 상기 몸체의 내측 또는 외측을 둘러싸서 단열효과를 갖는 에어로젤(Aerogel)층을 포함하는 저장탱크; 및
상기 압축부와 저장탱크의 사이에 설치하여, 이동하는 폐수증기의 압력을 조절하고, 역류를 방지하는 압력조절부를 포함하는 폐수증기 저장장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저장탱크와 연통하도록 연결되어, 상기 저장탱크에 저장된 폐수증기가 보유한 에너지를 이용하여 구동하는 구동부를 더 포함하는 폐수증기 저장장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 이물질분리부는,
전기 전도성의 금속망발열체와,
상기 금속망발열체에 주기적으로 전류를 인가하여 전기적으로 발열시키는 전력공급부를 포함하는 폐수증기 저장장치.
청구항 3에 있어서,
상기 금속망발열체는 복수개의 통공이 형성된 메쉬(Mesh) 형상인 폐수증기 저장장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압축부는,
후단부에 설치되어 폐수증기의 써지(Surge)를 방지하는 써지방지밸브를 포함하는 폐수증기 저장장치.
청구항 5에 있어서,
상기 써지방지밸브는 상기 압축부의 작동상태를 기동상태 및 정상작동상태로 구분하여 개폐정도를 조절하는 폐수증기 저장장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 저장탱크는 이동 가능하도록 설치되는 폐수증기 저장장치.
청구항 7에 있어서,
상기 저장탱크는 원통형 또는 구형인 폐수증기 저장장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 에어로젤(Aerogel)층은 열전도율이 11~15(mW/mK)인 실리카(SiO₂)를 포함하는 폐수증기 저장장치.