KR101560256B1 - 축열 연소산화장치 - Google Patents

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KR101560256B1
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박효석
임완섭
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이현정
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주식회사 태종이엔씨
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Abstract

배출되는 청정가스에 미연소 유해가스가 섞이는 것을 방지한 축열 연소산화장치가 개시된다. 본 발명에 따른 축열 연소산화장치는, 구획된 축열부재의 구역을 따라 순차적으로 순환하면서 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스가 각각 통과하고, 청정가스가 축열부재를 통과하므로 인하여 축열부재가 축열하여 유해가스를 예열한다. 이때, 복수의 밸브유닛을 독립적으로 제어하여 유해가스가 연소실로 유입되는 것을 허용하고, 복수의 밸브유닛을 독립적으로 제어하여 유해가스가 통과한 축열부재의 구역을 청정하게 한 다음, 복수의 밸브유닛을 독립적으로 제어하여 청정가스가 연소실에서 배출되는 것을 허용한다. 따라서, 배출되는 청정가스에 유해가스가 혼합되는 것이 방지되는 효과가 있을 수 있다. 그리고, 실린더를 이용하여 밸브유닛을 순차적으로 다단(多段)으로 동작시키므로, 유해가스 유입관, 청정가스 배출관 및 퍼지가스 공급관이 각각 조금씩 순차적으로 개폐된다. 그러므로, 연소실 내부의 압력 평형이 깨어지는 것이 방지되므로, 연소실에서 유해가스와 청정가스가 혼합되는 것이 방지되는 효과가 있을 수 있다.

Description

축열 연소산화장치{REGENERATOR COMBUSTION AND OXIDIZATION APPARATUS}
본 발명은 배출되는 청정가스에 미연소 유해가스가 섞이는 것을 방지한 축열 연소산화장치에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물이란, 0.02psi 이상의 증기압을 갖거나 끓는점이 100℃ 미만인 탄화수소 화합물을 말하며, 대기중에서 질소화합물과 공존하면, 햇빛의 작용에 의하여 광화학 반응을 일으켜 오존 및 광화학 산화물을 생성시킨다. 휘발성 유기화합물은 환경을 오염시키는 물질일 뿐만 아니라, 호흡기관의 장애와 발암물질을 유발하는 인체에 유해한 물질이다.
이러한 이유로, 산업현장에서는 휘발성 유기화합물을 포함한 유해가스를 제거하기 위한 다양한 방법들을 사용하고 있다.
휘발성 유기화합물을 제거하는 방법에는 연소산화 방법과 촉매산화 방법 등이 있으며, 연소산화 방법은 약 800℃의 고온에서 휘발성 유기화합물을 직접 연소시켜 휘발성 유기화합물을 제거하고, 촉매산화 방법은 약 350℃의 온도에서 촉매를 이용하여 휘발성 유기화합물을 연소시켜 휘발성 유기화합물을 제거한다.
휘발성 유기화합물을 직접 연소하는 연소산화 방법의 경우, 휘발성 유기화합물이 고온에서 연소되므로, 배출되는 청정가스도 고온 상태이다. 그런데, 배출되는 청정가스의 폐열을 사용할 수 없으면 에너지가 낭비되므로, 청정가스의 폐열을 회수한 후 유입되는 휘발성 유기화합물을 예열하는 축열 연소산화장치가 많이 사용되고 있다.
한국공개특허공보 10-2003-0011036호에 개시된 종래의 축열 연소산화장치에 대하여 설명한다.
종래의 축열 연소산화장치는 단열재(25)에 의하여 형성된 연소실(10)의 하측 부위에 축열재(21)가 설치되며, 축열재(21)는 복수의 격벽(22)에 의하여 구획된다. 축열재(21)가 배치된 연소실(10)의 부위가 축열실(20)이며, 격벽(22)은 축열재(21)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치된다.
그리고, 축열재(21)의 하측에는 하우징(30)이 설치되고, 하우징(30)의 내부에는 상부고정판(41)과 하부고정판(42)이 설치된다. 상부고정판(41) 및 하부고정판(42)에는 상호 대응되게 형성되어 대향하는 유입공(a)과 청정공기 배출공(b) 및 퍼지공(c)이 각각 형성되고, 상부고정판(41) 및 하부고정판(42)의 유입공(a)과 청정공기 배출공(b) 및 퍼지공(c)은 각각 격벽(22)에 의하여 구획된 축열재(21)의 부위 만큼 형성된다.
그리고, 상부고정판(41)과 하부고정판(42) 사이에는 수평회전판(50)이 회전가능하게 설치되고, 수평회전판(50)에는 유입관통부(51), 배출관통부(52) 및 퍼지공(53)이 형성된다.
그리하여, 유해가스 유입구(31)로 유입되는 유해가스는, 수평회전판(50)이 회전함에 따라, 하부고정판(42)의 유입공(a) → 유입관통부(51) → 상부고정판(41)의 유입공(a) → 분기관(43)으로 유입된 후, 축열재(21)를 통과하여 연소실(10)에서 연소되어 청정공기가 된다. 그리고, 유해가스의 연소에 의하여 생성된 청정공기는 축열재(21)를 통과하여 분기관(43) → 상부고정판(41)의 유입공(a) → 배출관통부(52) → 하부고정판(42)의 유입공(a) → 청정공기 배출공(b)을 통하여 배출덕트(32)로 배출된다.
상부고정판(41) 및 하부고정판(42)의 퍼지공(a)과 수평회전판(50)의 퍼지공(53)을 통하여 퍼지공기가 주입되는데, 퍼지공기는 축열재(21) 및 분기관(43)에 잔존할 수 있는 미연소 유해가스를 축열재(21)를 통하여 연소실(10)로 이송시킨다.
그리하여, 구획된 축열재(21)의 일측 부위를 따라 순차적으로 유해가스가 유입되고, 구획된 축열재(21)의 타측 부위를 따라 순차적으로 청정공기가 배출되므로, 축열재(21)는 청정공기의 폐열을 흡수하여 축열을 하게되고, 축열재(21)가 흡수한 열로 인하여 유해가스는 예열되어 연소실(10)로 유입되는 것이다.
종래의 축열 연소산화장치는 수평회전판(50)이 원활하게 회전할 수 있도록, 수평회전판(50)의 외주면과 하우징(30)의 내주면 사이에 간격이 존재한다. 이로 인해, 하부고정판(42)과 수평회전판(50) 사이와 수평회전판(50)의 외주면과 하우징(30)의 내주면 사이와 상부고정판(41)과 수평회전판(50) 사이가 상호 연통될 수 있으므로, 배출되는 청정공기에 미연소 유해가스가 섞여서 배출될 우려가 있다. 따라서, 제품의 신뢰성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 축열 연소산화장치를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 밸브유닛을 이용하여 연소실로 유해가스 및 퍼지가스가 유입되는 것을 허용하고, 연소실의 청정가스가 배출되는 것을 허용함으로써, 청정가스가 오염되는 것을 방지할 수 있는 축열 연소산화장치를 제공하는 것일 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스의 유입 또는 배출을 허용하는 밸브유닛을 다단(多段)으로 동작하는 실린더를 이용하여 조작함으로써, 연소실 내부의 압력이 평형을 유지할 수 있는 축열 연소산화장치를 제공하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 축열 연소산화장치는, 내부 상측 부위는 유해가스가 유입되어 연소되는 연소실로 형성된 본체; 상기 연소실의 하측의 상기 본체의 내부 하측 부위에 설치되고, 자신의 중심을 기준으로 방사상으로 복수개의 구역으로 구획되며, 복수개의 상기 구역 중 하나 이상의 상기 구역을 유해가스가 통과하여 상기 연소실로 유입되고, 복수개의 상기 구역 중 유해가스가 통과하지 않는 하나 이상의 상기 구역을 상기 연소실에서 유해가스가 연소됨으로 인하여 생성되는 청정가스가 통과하여 배출되며, 유해가스 및 청정가스가 통과하지 않는 하나의 상기 구역을 퍼지가스가 통과하여 유해가스와 함께 상기 연소실로 유입되는 축열부재; 상기 구역의 수와 대응되게 마련되어 상단부가 상기 구역측과 각각 연통되며, 상기 구역으로 각각 유해가스를 공급하여 상기 연소실로 유입시키는 복수의 유해가스 유입관; 상기 구역의 수와 대응되게 마련되어 상단부가 상기 구역측과 각각 연통되며, 상기 연소실에 생성된 청정가스가 상기 구역을 통하여 외부로 배출되도록 안내하는 복수의 청정가스 배출관; 상기 구역의 수와 대응되게 마련되어 일단부가 상기 구역측과 각각 연통되며, 상기 구역으로 각각 퍼지가스를 공급하여 유해가스와 함께 상기 연소실로 유입시키는 복수의 퍼지가스 공급관; 복수의 상기 유해가스 유입관에 각각 설치되어 상기 유해가스 유입관을 각각 독립적으로 개폐하고, 복수의 상기 청정가스 배출관에 각각 설치되어 상기 청정가스 배출관을 각각 독립적으로 개폐하며, 복수의 상기 퍼지가스 공급관에 각각 설치되어 상기 퍼지가스 공급관을 각각 독립적으로 개폐하는 밸브유닛; 상기 유해가스 유입관과 상기 청정가스 배출관 및 상기 퍼지가스 공급관이 다단(多段)으로 개폐되도록 상기 밸브유닛을 다단(多段)으로 동작시키는 실린더를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 축열 연소산화장치는, 구획된 축열부재의 구역을 따라 순차적으로 순환하면서 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스가 각각 통과하고, 청정가스가 축열부재를 통과하므로 인하여 축열부재가 축열하여 유해가스를 예열한다. 이때, 복수의 밸브유닛을 독립적으로 제어하여 유해가스가 연소실로 유입되는 것을 허용하고, 복수의 밸브유닛을 독립적으로 제어하여 유해가스가 통과한 축열부재의 구역을 청정하게 한 다음, 복수의 밸브유닛을 독립적으로 제어하여 청정가스가 연소실에서 배출되는 것을 허용한다. 따라서, 배출되는 청정가스에 유해가스가 혼합되는 것이 방지되는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 실린더를 이용하여 밸브유닛을 순차적으로 다단(多段)으로 동작시키므로, 유해가스 유입관, 청정가스 배출관 및 퍼지가스 공급관이 각각 조금씩 순차적으로 개폐된다. 그러므로, 연소실 내부의 압력 평형이 깨어지는 것이 방지되므로, 연소실에서 유해가스와 청정가스가 혼합되는 것이 방지되는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치의 사시도.
도 2는 도 1의 일부 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 하부본체의 개략 단면도.
도 4는 도 3의 "A-A"선 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 축열부재의 개략 평면도.
도 6a 및 도 6b는 도 1에 도시된 제1탱크 및 제2탱크의 일부 절개 사시도.
도 7는 본 발명의 제2실시예에 따른 축열 연소산화장치의 축열부재의 평면도.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 축열 연소산화장치의 축열부재의 평면도.
도 9 및 도 10는 본 발명의 제4실시예 및 제5실시예에 따른 축열 연소산화장치치의 단면도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"위에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 축열 연소산화장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 본체의 개략 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치는 내부에 공간이 형성된 본체(110)를 포함할 수 있다. 본체(110)의 내부 상측 부위는 휘발성 유기화합물 등과 같은 유해가스가 유입되어 연소되는 연소실(111a)로 형성될 수 있고, 내부 하측 부위는 후술할 축열부재(120)가 설치되는 축열실로 형성될 수 있다.
본체(110)는 상호 결합된 상부본체(111)와 하부본체(115)로 마련될 수 있으며, 상부본체(111)의 내부가 연소실(111a)로 형성되고 하부본체(115)의 내부가 상기 축열실로 형성될 수 있다.
상기 축열실의 내부에는 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스가 통과하는 세라믹재로 형성된 축열부재(120)가 설치될 수 있다. 축열부재(120)는 자신의 중심을 기준으로 방사상으로 (2n-1)개(n은 2 이상의 자연수)의 구역으로 구획될 수 있다.
축열부재(120)가 (2n-1)개의 구역으로 구획될 때, 유해가스는 (n-1)개의 구역을 통과할 수 있다. 그리고, 유해가스의 연소에 의하여 연소실(111a)에 생성되는 청정가스는 유해가스가 통과하는 구역의 수와 동일한 (n-1)개의 구역을 통과할 수 있으며, 퍼지가스는 하나의 구역을 통과할 수 있다.
유해가스, 퍼지가스 및 청정가스가 축열부재(120)를 통과할 수 있도록, 축열부재(120)는 상하면이 개방된 사각통 형상의 중공체(中空體)인 복수의 단위 축열부재(120a)에 의하여 형성될 수 있다. 즉, 복수의 단위 축열부재(120a)가 행과 열을 이루면서 배치되고, 행과 열을 이루면서 배치된 복수의 단위 축열부재(120a)가 적층되어 축열부재(120)가 형성될 수 있다.
단위 축열부재(120a)의 내부를 가스가 통과하므로, 단위 축열부재(120a)의 내부가 기공이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치는 n=3인 다섯 개의 구역(121, 122, 123, 124, 125)으로 축열부재(120)가 구획된 것을 보이고 있다.
축열부재(120)가 다섯 개의 구역(121, 122, 123, 124, 125)으로 구획될 수 있도록, 상부본체(115)의 내면 및 상면에는 격벽(117)이 접촉 설치될 수 있다. 격벽(117)에 의하여 구획 형성된 공간에 단위 축열부재(120a)가 행과 열을 이루면서 배치되므로, 격벽(117)에 의하여 구획 형성된 공간이 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)이 되는 것이다.
축열부재(120)의 하면은 메쉬 구조의 지지판(미도시)에 지지되어 하부본체(115)의 하면과 이격 설치될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 축열부재는 다섯 개의 구역(121, 122, 123, 124, 125)으로 구획되므로, n=3이다. 따라서, 유해가스는 두 개의 구역을 통과할 수 있고, 청정가스는 유해가스가 통과하지 않는 두 개의 구역을 통과할 수 있으며, 퍼지가스는 유해가스 및 청정가스가 통과하지 않는 하나의 구역을 통과할 수 있다.
이때, 유해가스가 통과하는 구역과 청정가스가 통과하는 구역은 축열부재(120)의 중심을 기준으로 대략 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 그리고, 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스는 각각 축열부재(120)의 구역을 하나씩 순차적으로 이동하면서 통과할 수 있다. 즉, 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스는 각각 축열부재(120)의 구역을 순환하면서 통과할 수 있고, 유해가스, 퍼지가스 및 청정가스의 순환방향은 동일한 것이 바람직하다.
축열부재(120)에 대해서는 후술한다.
본체(110)의 외부 하측에는 제1탱크(141)가 설치될 수 있고, 제1탱크(141)의 내부에는 제2탱크(143)(도 6a 참조)가 제1탱크(141)와 구획되어 설치될 수 있다. 즉, 산업현장에서 발생하는 유해가스는 제1탱크(141)에 수용 저장될 수 있고, 유해가스의 연소에 의하여 생성된 연소실(111a)의 청정가스는 제2탱크(143)에 수용 저장될 수 있다. 유해가스 및 청정가스는 제1탱크(141) 및 제2탱크(143)에 각각 저장되므로, 혼합되지 않는다.
본체(110)와 제1탱크(141) 사이에는 제1탱크(141)에 저장된 유해가스를, 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)을 통하여, 연소실(111a)로 각각 유입하기 위한 복수의 유해가스 유입관(151)이 설치될 수 있다. 유해가스 유입관(151)의 상단부측은 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)측과 대응되게 각각 연통될 수 있고, 하단부는 제1탱크(141)와 연통될 수 있다. 유해가스 유입관(151)의 수는 축열부재(120)의 구획된 구역(121, 122, 123, 124,125)의 수와 대응되게 마련될 수 있다.
본체(110)와 제2탱크(143) 사이에는 연소실(111a)의 청정가스를, 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)을 통하여, 제2탱크(143)(도 6a 참조)로 배출하기 위한 청정가스 배출관(154)이 설치될 수 있다. 청정가스 배출관(154)의 상단부측은 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)측과 각각 대응되게 연통될 수 있고, 하단부는 제2탱크(143)와 연통될 수 있다. 청정가스 배출관(154)의 수는 축열부재(120)의 구획된 구역(121, 122, 123, 124, 125)의 수와 대응되게 마련될 수 있다.
유해가스 유입관(151) 및 청정가스 배출관(154)은 각각 축열부재(120)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다.
본체(110)의 외부 하면측에는 퍼지가스를 수용 저장하는 링형상의 제3탱크(145)가 유해가스 유입관(151) 및 청정가스 배출관(154)을 에워싸는 형태로 설치될 수 있다.
제3탱크(145)의 내측에는 일측은 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)과 각각 대응되게 연통되고 타측은 제3탱크(145)와 연통되어, 제3탱크(145)의 퍼지가스를, 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)을 통하여, 연소실(111a)로 유입하기 위한 퍼지가스 공급관(157)이 설치될 수 있다. 퍼지가스 공급관(157)의 수는 축열부재(120)의 구획된 구역(121, 122, 123, 124, 125)의 수와 대응되게 마련될 수 있다.
본체(110)의 하부본체(115)의 하면에는 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)과 각각 연통되는 연통덕트(119)가 각각 설치될 수 있다. 각 연통덕트(119)에는 축열부재(120)의 각 구역(121, 122, 123, 124, 125)과 대응되는 유해가스 유입관(151)의 상단부가 각각 연통될 수 있고, 청정가스 배출관(154)의 상단부가 각각 연통될 수 있으며, 퍼지가스 공급관(157)의 일단부가 연통될 수 있다.
유해가스 유입관(151), 청정가스 배출관(154) 및 퍼지가스 공급관(157)에는 밸브유닛(160)이 각각 설치될 수 있다. 밸브유닛(160)은 복수의 유해가스 유입관(151)에 각각 설치되어 유해가스 유입관(151)을 각각 독립적으로 개폐하고, 복수의 청정가스 배출관(154)에 각각 설치되어 청정가스 배출관(154)을 각각 독립적으로 개폐하며, 퍼지가스 공급관(157)에 각각 설치되어 퍼지가스 공급관(157)을 각각 독립적으로 개폐할 수 있다. 따라서, 유해가스, 청정가스 및 퍼지가스는 밸브유닛(160)에 의하여 연소실(111a)로 유입되거나, 연소실(111a)에서 배출된다.
유해가스 및 퍼지가스가 연소실(111a)로 급격하게 유입되거나, 연소실(111a)의 청정가스가 급격하게 배출되면, 연소실(111a)의 내부에서 대략 평형을 이루고 있는 유해가스 압력과 청정가스 압력 사이의 평형이 깨어질 수 있다. 그러면, 연소실(111a) 내부에서 유해가스와 청정가스가 상호 혼합될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치는 다단(多段)으로 동작하는 실린더(170)를 이용하여 밸브유닛(160)을 다단(多段)으로 동작시킬 수 있다. 그러면, 밸브유닛(160)에 의하여 유해가스 유입관(151), 청정가스 배출관(154) 및 퍼지가스 공급관(157)이 각각 조금씩 순차적으로 개폐되므로, 연소실(111a) 내부의 압력 평형이 깨어지는 것이 방지될 수 있다.
밸브유닛(160)과 실린더(170)에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 3의 "A-A"선 단면도이다.
도시된 바와 같이, 밸브유닛(160)은 개폐판(161)과 회전축(163)을 포함할 수 있다.
개폐판(161)은 유해가스 유입관(151)의 내부에 회전가능하게 설치되어, 유해가스 유입관(151)의 내부를 개폐할 수 있다. 회전축(163)의 일측은 개폐판(161)에 연결되고, 타측은 유해가스 유입관(151)을 관통하여 유해가스 유입관(151)의 외측으로 노출될 수 있다. 회전축(163)은 실린더(170)의 피스톤(171)이 직선왕복운동함에 따라 정역회전하고, 회전축(163)이 회전함에 따라 개폐판(161)이 회전하는 것이다.
실린더(170)의 피스톤(171)의 직선왕복운동에 의하여 회전축(163)이 회전할 수 있도록, 피스톤(171)의 단부에는 랙(171a)이 연결될 수 있고, 회전축(163)의 외주면에는 랙(171a)과 맞물리는 피니언(163a)이 설치될 수 있다.
개폐판(161)에 의하여 유해가스 유입관(151)이 폐쇄될 수 있도록, 개폐판(161)의 외형은 유해가스 유입관(151)의 내면과 대응되는 형상으로 형성되어야 함은 당연하다.
그리하여, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 개폐판(161)에 의하여 유해가스 유입관(151)이 폐쇄된 상태에서, 실린더(170)의 피스톤(171)이 상사점측으로 조금 운동하면, 랙(171a)이 직선운동하고, 이로 인해 피니언(163)이 회전한다. 그러면, 회전축(163)이 회전하게 되고, 이로 인해, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 개폐판(161)이 회전하므로, 유해가스 유입관(151)이 조금 개방된다. 따라서, 유해가스가 연소실(111a)로 조금 유입되는 것이다.
그리고, 도 4의 (b)에 도시된 상태에서, 실린더(170)의 피스톤(171)이 상사점까지 운동하면, 랙(171a)이 직선운동하고, 이로 인해 피니언(163) 및 회전축(163)이 회전하면서 개폐판(161)을 회전시키므로, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 유해가스 유입관(151)은 완전히 개방된다. 따라서, 유해가스가 연소실(111a)로 많이 유입되는 것이다.
도 4에 도시된 밸브유닛(160)과 실린더(170)가 청정가스 배출관(154) 및 퍼지가스 공급관(157)에도 설치되어 있음은 당연하다.
본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치는 구획된 축열부재(120)의 구역(121)(122)(123)(124)(125)을 따라 순차적으로 순환하면서 유해가스, 청정가스 및 퍼지가스가 각각 통과하고, 청정가스가 축열부재를 통과하므로 인하여 축열부재(120)가 축열하여 유해가스를 예열한다. 이때, 복수의 밸브유닛(160)를 독립적으로 제어하여 유해가스가 연소실(111a)로 유입되는 것을 허용하고, 복수의 밸브유닛(160)을 독립적으로 제어하여 유해가스가 통과한 축열부재(120)의 구역을 청정하게 한 다음, 복수의 밸브유닛(160)를 독립적으로 제어하여 청정가스가 연소실(111a)에서 배출되는 것을 허용하므로, 청정가스에 유해가스가 혼합될 우려가 전혀 없다.
그리고, 밸브유닛(160)에 의하여 유해가스 유입관(151), 청정가스 배출관(154) 및 퍼지가스 공급관(157)이 각각 조금씩 순차적으로 개폐되므로, 연소실(111a) 내부의 압력 평형이 깨어지는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 축열 연소산화장치의 축열부재(120)에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 2에 도시된 축열부재의 개략 평면도이다.
이하에서는, 유해가스, 청정가스 및 퍼지가스가, 축열부재(120)의 중심을 기준으로, 시계방향인 정방향으로 순환하면서 축열부재(120)의 구역(121, 122, 123, 124, 125)을 각각 순차적으로 통과하는 것을 예로 들어 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 축열부재(120)가 다섯 개의 구역(121, 122, 123, 124, 125)으로 구획되어 있으므로, n=3이다. 따라서, 유해가스 및 청정가스는 각각 두 개의 구역을 통과하며, 대략 대칭되는 구역을 각각 통과하는 것이 바람직하다.
축열부재(120)의 동작을 설명한다.
모든 밸브유닛(160)이 폐쇄된 상태를 최초의 상태라 가정한다. 최초의 상태에서, 유해가스 및 청정가스가 구역(121, 222) 및 구역(123, 124)을 각각 통과할 수 있도록, 유해가스 유입관(151)의 밸브유닛(160aa, 160ab) 및 청정가스 배출관(154)의 밸브유닛(160bc, 160bd)를 각각 개방한다. 그러면, 유해가스는 구역(121, 122)을 통과하여 연소실(111a)로 유입되고, 연소실(111a)로 유입된 유해가스는 연소실(111a)의 일측면과 상면 및 타측면을 따라 이동하면서 연소되어 청정가스가 된 후, 구역(123, 124)을 통과하여 배출된다. 이때, 청정가스가 통과한 축열부재(220)의 구역(123, 124)은 청정가스와 열교환하여 축열을 하게 된다.
이러한 상태에서, 구역(125)의 퍼지가스 공급관(157)의 밸브유닛(160ce)이 개방되면, 구역(125)에 잔존하는 유해가스가 퍼지가스와 함께 연소실(111a)로 유입되므로, 구역(125)은 청정한 상태가 된다. 즉, 퍼지가스는 유해가스가 통과하는 최후단의 구역(121)과 청정가스가 통과하는 최선단의 구역(124) 사이에 위치된 구역(125)을 통하여 연소실(111a)로 공급될 수 있다.
퍼지가스는 청정공기일 수 있다.
구역(125)이 청정한 상태가 되면, 순차적으로 청정가스 배출관(154)의 밸브유닛(160be) 및 밸브유닛(160bc)은 각각 개방 및 폐쇄되고, 유해가스 유입관(151)의 밸브유닛(160ac) 및 밸브유닛(160aa)은 각각 개방 및 폐쇄된다. 그러면, 유해가스는 구역(122, 123)을 통과하여 연소실(111a)로 유입되고, 청정가스는 구역(124, 115)을 통과하여 배출된다. 구역(125)은 퍼지가스에 의하여 청정한 상태이므로, 구역(125)을 통하여 배출되는 청정가스에는 유해가스가 섞이지 않게 되는 것이다.
그 후, 퍼지가스 공급관(157)의 밸브유닛(160ca)이 개방되고 밸브유닛(160ce)이 폐쇄된 후, 순차적으로, 청정가스 배출관(154)의 밸브유닛(160ba) 및 밸브유닛(160bd)은 개방 및 폐쇄되고, 유해가스 유입관(151)의 밸브유닛(160ad) 및 밸브유닛(160ab)는 개방 및 폐쇄된다. 그러면, 유해가스는 구역(123, 124)을 통과하여 연소실(111a)로 유입되고, 청정가스는 구역(115, 121)을 통과하여 배출된다. 구역(121)은 퍼지가스에 의하여 청정한 상태이므로, 구역(121)을 통하여 배출되는 청정가스에는 유해가스가 섞이지 않게 되는 것이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1에 도시된 제1탱크 및 제2탱크의 일부 절개 사시도로서, 이를 설명한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1탱크(141)의 내부에 제2탱크(143)가 구획 설치되고, 제1탱크(141)와 제2탱크(143)는 동심을 이룰 수 있다. 이때에는, 축열부재(120)(도 2 참조)의 중심을 기준으로, 유해가스 유입관(151)이 청정가스 배출관(154)의 외측에 위치될 수 있다.
유입된 유해가스는 고온에서 연소된 후, 청정가스가 된다. 그러므로, 유입된 유해가스의 체적에 비하여 배출되는 청정가스의 체적은 더 증대된다. 그러면, 청정가스 배출관(154)의 직경을 유해가스 유입관(151)의 직경 보다 더 크게 형성하여야 청정가스가 용이하게 배출될 수 있다.
이러한 이유로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2탱크(143)의 내부에 제1탱크(141)가 구획 설치되고, 제2탱크(143)와 제1탱크(141)는 동심을 이룰 수 있다. 이때에는, 축열부재(120)(도 2 참조)의 중심을 기준으로, 청정가스 배출관(154)이 유해가스 유입관(151)의 외측에 위치될 수 있다.
그러면, 축열부재(120)의 중심과 인접한 부위보다 축열부재(120)의 테두리부측과 인접한 부위의 공간이 더 넓으므로, 설치공간의 제약 없이 청정가스 배출관(154)의 직경을 크게 형성할 수 있다.
제2실시예
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 축열 연소산화장치의 축열부재의 개략 평면도로서, 제1실시예와의 차이점만을 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 축열부재(220)는 n=3인 다섯 개의 구역(221, 222, 223, 224, 225)으로 구획될 수 있고, 본체(110)의 하부본체(115)(도 2 참조)의 측면과 대향하는 축열부재(220)의 외면은 축열부재(220)의 구획된 수와 대응되는 오각형으로 형성될 수 있다. 이때, 하부본체(115)의 측면도 축열부재(220)의 외면과 대응되는 오각형으로 형성될 수 있다.
그러면, 축열부재(220)의 각 구역(221, 222, 223, 224, 225)의 외면인 테두리면은 직선으로 형성되므로, 부채꼴 형상으로 형성된 일반적인 축열부재에 비하여, 단위 축열부재(220a)와 하부본체(115)의 측면 사이에 형성되는 사장되는 공간이 감소된다. 그러므로, 축열부재(220)의 각 구역(221, 222, 223, 224, 225)에 단위 축열부재(220a)를 집약하여 배치할 수 있으므로, 축열부재(220)의 축열효율이 향상될 수 있다.
제3실시예
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 축열 연소산화장치의 축열부재의 개략 단면도로서, 제1실시예와의 차이점만을 설명한다.
도시된 바와 같이, 축열부재(320)는 자신의 중심을 기준으로 방사상으로 2n개(n은 2 이상의 자연수)의 구역으로 구획될 수 있다. 축열부재(320)가 2n개의 구역으로 구획될 때, 유해가스는 (n-1)개의 구역을 통과할 수 있다. 그리고, 유해가스의 연소에 의하여 연소실(111a)(도 3 참조)에 생성되는 청정가스는 유해가스가 통과하는 구역의 수와 동일한 (n-1)개의 구역을 통과할 수 있으며, 퍼지가스는 하나의 구역을 통과할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 축열 연소산화장치는 n=2인 네 개의 구역(321, 322, 323, 324)으로 축열부재(320)가 구획된 것을 보이고 있다. 따라서, 유해가스는 하나의 구역을 통과할 수 있고, 청정가스는 유해가스가 통과하지 않는 하나의 구역을 통과할 수 있으며, 퍼지가스는 유해가스 및 청정가스가 통과하지 않는 어느 하나의 구역을 통과할 수 있다.
동작에 대하여 설명한다.
모든 밸브유닛(360)이 폐쇄된 상태를 최초의 상태라 가정한다. 최초의 상태에서, 유해가스 및 청정가스가 구역(321) 및 구역(323)을 각각 통과할 수 있도록, 유해가스 유입관(351)의 밸브유닛(360aa) 및 청정가스 배출관(354)의 밸브유닛(360bc)을 각각 개방한다. 그러면, 유해가스는 구역(321)을 통과하여 연소실(111a)로 유입되고, 연소실(111a)로 유입된 유해가스는 연소실(111a)의 일측면과 상면 및 타측면을 따라 이동하면서 연소되어 청정가스가 되며, 청정가스는 구역(323)을 통과하여 배출된다. 이때, 청정가스가 통과한 축열부재(320)의 구역(323)은 청정가스와 열교환하여 축열을 하게 된다.
이러한 상태에서, 유해가스가 통과하는 최후단의 구역(321)과 청정가스가 통과하는 최선단의 구역(323) 사이에 위치된 구역(324)의 퍼지가스 공급관(357)의 밸브유닛(360cd)을 개방하여 퍼지가스를 공급하면, 구역(324)에 잔존하는 유해가스가 퍼지가스와 함께 연소실(111a)로 유입되므로, 구역(324)은 청정한 상태가 된다.
구역(324)이 청정한 상태가 되면, 순차적으로 청정가스 배출관(354)의 밸브유닛(360bd)은 개방되고 밸브유닛(360bc)은 폐쇄되며, 유해가스 유입관(351)의 밸브유닛(360ab)은 개방되고 밸브유닛(360aa)은 폐쇄된다. 그러면, 유해가스는 구역(322)을 통과하여 연소실(111a)로 유입되고, 청정가스는 구역(324)을 통과하여 배출된다. 구역(324)은 퍼지가스에 의하여 청정한 상태이므로, 구역(324)을 통하여 배출되는 청정가스에는 유해가스가 섞이지 않게 되는 것이다.
그 후, 퍼지가스 공급관(357)의 밸브유닛(360ca)이 개방되고 밸브유닛(360cd)이 폐쇄된 후, 순차적으로, 청정가스 배출관(354)의 밸브유닛(360ba)은 개방되고 밸브유닛(360bd)은 폐쇄되며, 유해가스 유입관(351)의 밸브유닛(360ac)은 개방되고 밸브유닛(360ab)은 폐쇄된다. 그러면, 유해가스는 구역(323)을 통과하여 연소실(111a)로 유입되고, 청정가스는 청정한 구역(321)을 통과하여 배출된다.
축열부재(320)가 2n(n은 2 이상의 자연수)개의 구역으로 구획된 경우에도, 본체(110)의 하부본체(115)(도 2 참조)의 측면과 대향하는 축열부재(320)의 외면은 축열부재(320)의 구획된 구역 수와 대응되는 2n각형으로 형성될 수 있다. 그리고, 하부본체(115)의 측면도 축열부재(320)의 외면과 대응되는 2n각형으로 형성될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제4실시예 및 제5실시예에 따른 축열 연소산화장치치의 단면도로서, 제1실시예와의 차이점만을 설명한다.
제4실시예
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 축열 연소산화장치는 본체(410)의 하측 부위에 연소실(411a)이 형성되고, 연소실(411a)의 상측에 축열재(420)가 설치될 수 있다.
그러면, 유해가스의 연소시 청정가스와 함께 발생하여 낙하하는 분진에 의하여 축열부재(420)의 기공이 막히는 것이 방지되므로, 유해가스 처리효율 및 열회수효율이 향상될 수 있다. 그리고, 축열부재(420)를 유지보수하기 위한 작업 주기가 길어지므로 경제적일 수 있다.
제5실시예
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 축열 연소산화장치의 연소실(511a)에는 연소실(511a)로 유입된 유해가스를 연소하기 위한 열원(熱源)으로 작용하는 발열체(530)가 설치될 수 있다. 그러면, 발열체(530)가 발열하여도 가스가 발생되지 않으므로, 청정가스가 오염되지 않는다.
연소실(511a)의 전체 부위에 걸쳐서 연소 온도가 균일할 수 있도록, 발열체(530)는 바 형상으로 형성되어 축열부재(520)의 중심으로 기준으로 복수개가 방사상으로 설치될 수 있다. 이때, 발열체(530)는 비금속재인 이규화몰리브덴으로 형성되거나, 금속재인 몰리브덴, 텅스텐 및 백금 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 본체
111a: 연소실
120: 축열부재
151: 유해가스 유입관
154: 청정가스 배출관
157: 퍼지가스 공급관
160: 밸브유닛
170: 실린더

Claims (7)

  1. 내부 상측 부위는 유해가스가 유입되어 연소되는 연소실로 형성된 본체;
    상기 연소실의 하측의 상기 본체의 내부 하측 부위에 설치되고, 자신의 중심을 기준으로 방사상으로 복수개의 구역으로 구획되며, 복수개의 상기 구역 중 하나 이상의 상기 구역을 유해가스가 통과하여 상기 연소실로 유입되고, 복수개의 상기 구역 중 유해가스가 통과하지 않는 하나 이상의 상기 구역을 상기 연소실에서 유해가스가 연소됨으로 인하여 생성되는 청정가스가 통과하여 배출되며, 유해가스 및 청정가스가 통과하지 않는 하나의 상기 구역을 퍼지가스가 통과하여 유해가스와 함께 상기 연소실로 유입되는 축열부재;
    상기 구역의 수와 대응되게 마련되어 상단부가 상기 구역측과 각각 연통되며, 상기 구역으로 각각 유해가스를 공급하여 상기 연소실로 유입시키는 복수의 유해가스 유입관;
    상기 구역의 수와 대응되게 마련되어 상단부가 상기 구역측과 각각 연통되며, 상기 연소실에 생성된 청정가스가 상기 구역을 통하여 외부로 배출되도록 안내하는 복수의 청정가스 배출관;
    상기 구역의 수와 대응되게 마련되어 일단부가 상기 구역측과 각각 연통되며, 상기 구역으로 각각 퍼지가스를 공급하여 유해가스와 함께 상기 연소실로 유입시키는 복수의 퍼지가스 공급관;
    복수의 상기 유해가스 유입관에 각각 설치되어 상기 유해가스 유입관을 각각 독립적으로 개폐하고, 복수의 상기 청정가스 배출관에 각각 설치되어 상기 청정가스 배출관을 각각 독립적으로 개폐하며, 복수의 상기 퍼지가스 공급관에 각각 설치되어 상기 퍼지가스 공급관을 각각 독립적으로 개폐하는 밸브유닛;
    상기 유해가스 유입관과 상기 청정가스 배출관 및 상기 퍼지가스 공급관이 다단(多段)으로 개폐되도록 상기 밸브유닛을 다단(多段)으로 동작시키는 실린더;
    상기 본체의 하측에 설치되며 외부에서 유입되는 유해가스 및 상기 연소실에서 배출되는 청정가스가 각각 저장되는 제1탱크 및 제2탱크;
    상기 유해가스 유입관 및 상기 청정가스 배출관을 에워싸는 형태로 상기 본체에 설치되며 퍼지가스가 저장되는 링형상의 제3탱크;
    상기 본체에 설치되며 상기 축열부재의 상기 구역과 각각 연통되는 연통덕트를 포함하며,
    각각의 상기 유해가스 유입관의 상단부 및 하단부는 대응되는 상기 연통덕트 및 상기 제1탱크와 각각 연통되고,
    각각의 상기 청정가스 배출관의 상단부 및 하단부는 대응되는 상기 연통덕트 및 상기 제2탱크와 각각 연통되며,
    각각의 상기 퍼지가스 공급관의 일단부 및 타단부는 대응되는 상기 연통덕트 및 상기 제3탱크와 각각 연통된 것을 특징으로 하는 축열 연소산화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브유닛은,
    상기 유해가스 유입관과 상기 청정가스 배출관 및 상기 퍼지가스 공급관의 내부에 회전가능하게 각각 설치되어, 상기 유해가스 유입관과 상기 청정가스 배출관 및 상기 퍼지가스 공급관을 각각 개폐하는 개폐판;
    일측은 상기 개폐판에 연결되고 타측은 상기 유해가스 유입관과 상기 청정가스 배출관 및 상기 퍼지가스 공급관의 외측으로 각각 노출되며, 상기 실린더의 피스톤이 직선왕복운동함에 따라 정역회전하면서 상기 개폐판을 정역회전시키는 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 연소산화장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전축에는 상기 회전축과 함께 회전하는 피니언이 설치되고, 상기 실린더의 피스톤에는 상기 피니언과 맞물려 상기 피니언을 회전시키는 랙이 형성된 것을 것을 특징으로 하는 축열 연소산화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    유해가스, 퍼지가스 및 청정가스는 각각 상기 구역을 하나씩 순차적으로 이동하면서 통과하여 상기 구역을 순환하고,
    유해가스, 퍼지가스 및 청정가스의 순환방향은 동일하며,
    상기 구역의 수는 2n개(n은 2 이상의 자연수)이고,
    유해가스 및 청정가스가 통과하는 상기 구역의 수는 각각 (n-1)개인 것을 특징으로 하는 축열 연소산화장치.
  5. 제1항에 있어서,
    유해가스, 퍼지가스 및 청정가스는 각각 상기 구역을 하나씩 순차적으로 이동하면서 통과하여 상기 구역을 순환하고,
    유해가스, 퍼지가스 및 청정가스의 순환방향은 동일하며,
    상기 구역의 수는 (2n-1)개(n은 2 이상의 자연수)이고,
    유해가스 및 청정가스가 통과하는 상기 구역의 수는 각각 (n-1)개인 것을 특징으로 하는 축열 연소산화장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    유해가스가 통과하는 상기 구역과 청정가스가 통과하는 상기 구역 사이의 상기 구역 중, 유해가스 및 청정가스의 순환방향을 기준으로, 유해가스가 통과하는 최후단의 상기 구역과 청정가스가 통과하는 최선단의 상기 구역 사이의 상기 구역을 퍼지가스가 통과하는 것을 특징으로 하는 축열 연소산화장치.
  7. 삭제
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