KR101678425B1

KR101678425B1 - 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치 및 방법

Info

Publication number: KR101678425B1
Application number: KR1020160060410A
Authority: KR
Inventors: 임병완
Original assignee: 하이스트 주식회사
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2016-11-22

Abstract

본 발명에서는 기존 폐열회수장치의 경우에, 장치 하나하나가 별도로 구성되어, 설치와 작업시간이 오래 걸리고, 폐열회수율이 낮은 문제점과, 흡습성염류 용액조와 제1 열교환기를 통해 폐열회수시키는 단일루프의 구성만이 언급되어 있을 뿐, 흡습성염류에 흡수된 수분을 증발시켜 흡습성염류의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시키는 이중루프구성이 없어, 흡습성염류의 열흡수율 기능이 떨어져, 폐열회수하는 시간이 오래 걸리고, 이로 인해 시스템에 과부하가 발생되어 자주 기기구동이 멈추는 문제점과, 폐열회수시스템이 수동방식으로 구동되므로, 애프터(After)방식으로 사용자가 목적과 환경에 따라 폐열회수 온도조건과 압력조건을 바꿀 경우에 전체시스템설비를 다시 제작하고 설치해야 하는 문제점을 개선하고자, 제1 열회수루프모듈(100), 제2 열회수루프모듈(200), 난방수공급모듈(300), 원수공급모듈(400), 전기스팀보일러부(500), PLC 컨트롤러모듈(600)로 구성됨으로서, 각 기기를 하나로 모듈화하여 층상구조로 제작할 수 있어, 설치와 작업시간을 기존에 비해 70% 단축시킬 수 있고, 배기가스의 수분이 흡수제에 의해 용액상태로 스마트 증발기모듈로 이동됨에 따라, 배기가스의 수증기 기체가 별도 회수되어 수분이 지속적으로 증가하더라도 흡수제의 농도를 일정하게 유지시키고, 흡수제에 의한 폐열, 수분 및 오염물질 회수특성을 최적 상태로 유지시킬 수 있어, 기존에 비해 폐열회수율을 80% 향상시킬 수 있고, 전체공정을 PLC컨트롤러모듈을 통해 자동제어할 수 있어, 기기의 고장부위 위치파악이 용이하며, 사용자의목적과 환경에 맞게 폐열회수 온도조건과 압력조건을 맞춤형 자동조절할 수 있고, 흡수제를 배기가스와 접촉시켜 배기가스 내의 수분, 잠열 및 오염물질을 1차, 2차 회수하여, 난방용수 및 건조장치의 건조온도용으로 재활용할 수 있으며, 소각로, 탈황시설, 비철금속용해로, 화학제품 제조시설에 응용시켜, 백연저감 및 유해물질정화라는 가시적인 공해요인 해소와 함께, 경제성효과를 높일 수 있는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치 및 방법{THE APPARATUS AND METHOD OF WASTE HEAT RECOVERY AND ABATEMENT OF WHITE PLUME OF EXHAUST GAS IN THE CHIMNEY}

본 발명에서는 제1 열회수루프모듈와 제2 열회수루프모듈로 이루어진 이중루프구조로 형성되어, 배기가스의 수분이 흡수제에 의해 용액상태로 스마트 증발기모듈로 이동됨에 따라, 배기가스의 수증기 기체가 별도 회수되어 수분이 지속적으로 증가하더라도 흡수제의 농도를 일정하게 유지시키고, 흡수제에 의한 폐열, 수분 및 오염물질 회수특성을 최적 상태로 유지시킬 수 있고, 전체공정을 PLC컨트롤러모듈을 통해 자동제어할 수 있어, 기기의 고장부위 위치파악이 용이하고, 사용자의 목적과 환경에 맞게 폐열회수 온도조건과 압력조건을 맞춤형 자동조절할 수 있는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 대기오염물질을 배출하는 시설인 산업폐기물 소각장, 금속 용해로, 보일러, 습식 탈황시설 등은 운전 중 고농도 초 미세먼지 물질이 포함된 고온의 배기가스를 대기 중으로 배출함에 따라, 배기가스 중에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 흡수탑(습식 집진시설)을 설치하여 주로 사용하여 왔다.

상기 습식 집진시설에서 배출되는 고온 배기가스에 물이 분무 됨에 따라 흡수탑 출구에서 고온 다습(포화)한 상태에서 굴뚝연돌 통하여 대기 중으로 배출된다.

이때, 배기가스 중에 포함된 수분에는 집진시설에서 미처 제거되지 못한 오염 물질과 포화 수분을 포함하고 있기 때문에, 차가운 외부의 대기에 의해 냉각, 응축되어 배기가스 내의 포화 수분의 (수적)으로 비중이 증가해 물방울 백연 상태 변화하면서 상기 연돌 근처에 집중적으로 낙하됨과 동시에 주변을 오염시키게 된다.

그리고, 발전소, 폐기물소각장, 집단에너지 열 생산설비 등 굴뚝배출가스를 보면 공정에 따라 차이는 있지만 설비의 저온부식 방지 및 백연방지를 위하여 130 ~ 200℃의 다량의 폐열이 포함된 배출가스가 대기 중으로 방출되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 국내등록특허공보 제10-1450660호에서는 백연 저감 시스템 및 백연 저감 방법이 제시된 바 있으나,

이는 폐열회수시키는데 단일루프로만 이루어져 있기 때문에, 폐열회수를 통해 난방수의 온도를 높이거나, 건조장치의 건조온도용으로 사용하기에는 폐열회수율이 낮은 문제점이 있었다.

또한, 종래 백연 저감 시스템의 경우에, 굴뚝연돌과 설치된 후, 미리 셋팅된 고정된 폐열회수 온도조건과 압력조건에 따라 폐열회수시스템이 수동방식으로 구동되므로, 애프터(After)방식으로 사용자가 목적과 환경에 따라 폐열회수 온도조건과 압력조건을 바꿀 경우에 전체시스템설비를 다시 제작하고 설치해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 기존 폐열회수장치는 가스 중 수분의 응축으로 산성가스가 수분내의 pH를 강산성으로 변화시켜 굴뚝을 비롯한 설치 기기의 저온 부식을 야기하여 유지관리에 어려움이 있었다.

국내등록특허공보 제10-1450660호

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 각 기기를 하나로 모듈화하여 층상구조로 제작할 수 있고, 배기가스의 수분은 흡수제에 의해 용액상태로 스마트 증발기모듈로 이동됨에 따라, 배기가스의 수증기 기체가 별도 회수되어 수분이 지속적으로 증가하더라도 흡수제의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 전체공정을 PLC컨트롤러모듈을 통해 자동제어할 수 있고, 흡수제를 배기가스와 접촉시켜 배기가스 내의 수분, 잠열 및 오염물질을 1차, 2차 회수하여, 난방용수 및 건조장치의 건조온도용으로 재활용할 수 있으며, 소각로, 탈황시설, 비철금속용해로, 화학제품 제조시설에 응용시킬 수 있는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 스마트 폐열회수장치는

굴뚝연돌과 연결되어, 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시키는 제1 열회수루프모듈(100)과,

제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키는 제2 열회수루프모듈(200)과,

PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 저장한 난방수를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키는 난방수공급모듈(300)과,

PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 저장한 원수(原水)를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키는 원수공급모듈(400)과,

PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 제2 열회수루프모듈로부터 공급된 증발열을 통해 보일러의 열원으로 사용하고, 보일러에서 사용되고 남은 폐열을 스팀헤더를 통해 제2 열회수루프모듈로 다시 공급시키는 전기스팀보일러부(500)와,

제1 열회수루프모듈, 제2 열회수루프모듈, 난방수공급모듈, 원수공급모듈, 전기스팀보일러와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 순차적으로 제어하면서, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시키는 PLC 컨트롤러모듈(600)로 구성됨으로서 달성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는

첫째, 각 기기를 하나로 모듈화하여 층상구조로 제작할 수 있어, 설치와 작업시간을 기존에 비해 70% 단축시킬 수 있다.

둘째, 제1 열회수루프모듈와 제2 열회수루프모듈로 이루어진 이중루프구조로 형성되어, 배기가스의 수분이 흡수제에 의해 용액상태로 스마트 증발기모듈로 이동됨에 따라, 배기가스의 수증기 기체가 별도 회수되어 수분이 지속적으로 증가하더라도 흡수제의 농도를 일정하게 유지시키고, 흡수제에 의한 폐열, 수분 및 오염물질 회수특성을 최적 상태로 유지시킬 수 있어, 기존에 비해 폐열회수율을 80% 향상시킬 수 있다.

셋째, 전체공정을 PLC컨트롤러모듈을 통해 자동제어할 수 있어, 기기의 고장부위 위치파악이 용이하며, 사용자의 목적과 환경에 맞게 폐열회수 온도조건과 압력조건을 맞춤형 자동조절할 수 있다.

넷째, 흡수제를 배기가스와 접촉시켜 배기가스 내의 수분, 잠열 및 오염물질을 1차, 2차 회수하여, 난방용수, 건조장치의 건조온도용, 지역난방 등 에너지 수요 망으로 연계할 경우 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있으며, 부수적으로 대기 오염성분 저감 및 백연 저감의 효과를 얻을 수 있다.

다섯째, 소각로, 탈황시설, 비철금속용해로, 화학제품 제조시설에 응용시켜, 백연저감 및 유해물질정화라는 가시적인 공해요인 해소와 함께, 경제성효과를 높일 수 있어, 폐열회수시장을 활성화시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치의 전체회로도,
도 4는 본 발명에 따른 제1 열회수루프모듈의 구성요소를 도시한 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 배기가스배출부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 제2 열회수루프모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명에 따른 난방수공급모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 원수공급모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 전기스팀보일러부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 PLC 컨트롤러모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 11은 본 발명에 따른 마이크로프로세서부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 마이크로프로세서부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 13은 본 발명에 따른 제1 열회수루프모듈(100)와 제2 열회수루프모듈(200)이 층상구조로 형성되어 이루어진 것을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수방법을 도시한 순서도,
도 15는 본 발명에 따른 제1 열회수루프모듈을 통한 1차 폐열회수단계의 구체적인 동작과정을 도시한 순서도,
도 16은 본 발명에 따른 제2 열회수루프모듈을 통한 2차 폐열회수단계의 구체적인 동작과정을 도시한 순서도.

본 발명에 따른 투루프 하이스트사이클에서 하이스트사이클은 본 출원인 "하이스트(주)"의 이니셜을 말하는 것으로, 본 출원인이 독창적으로 개발하고 발명한 제1 열회수루프모듈(100), 제2 열회수루프모듈(200)을 반복 순환시키는 사이클을 말한다.

또한, 본 발명에서는 다른 선행기술에 비해, 1차로 제1 열회수루프모듈을 통해 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키면서, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시킬 수 있고, 2차로 제2 열회수루프모듈을 통해 제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시킬 수 있어, 굴뚝연돌의 배기가스 온도를 낮추고, 배기가스의 유해물질을 필터링시키며, 무엇보다, 배기가스내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여, 난방수공급모듈쪽으로 1번이 아닌, 2번으로 공급시켜 난방수기준설정온도를 높일 수 있어, 기존에 비해 폐열회수율을 80% 향상시킬 수 있는 특성을 가진다.

그리고, 본 발명에 따른 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시킨다는 것은 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈이 가진 최대 이용 가능한 열량에 대한 출력비율인 하이스트 사이클의 열효율(η_highst)로서, 20%~50%로 설정시키는 것을 말한다.

또한, 본 발명에 따른 흡수제는 질산 칼슘, 질산 암모늄, 황산 암모늄, 질산 바륨, 과염소산 바륨, 개미산 칼륨 (potasium formate), 염소산 나트륨 (Sodium chlorate), 질산 나트륨, 질산 칼륨, 염화나트륨, 및 염화칼슘으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되어 구성된 것을 말한다.

그리고, 본 발명에서는 PLC 컨트롤러모듈이외에도, HMI(Human Machine Interface) & SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)로 대체되어 구성되어, 전체공정을 자동제어할 수 있어, 기기의 고장부위 위치파악이 용이하며, 사용자의 목적과 환경에 맞게 폐열회수 온도조건과 압력조건을 맞춤형 자동조절할 수가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 제1 열회수루프모듈(100), 제2 열회수루프모듈(200), 난방수공급모듈(300), 원수공급모듈(400), 전기스팀보일러부(500), PLC 컨트롤러모듈(600)로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 제1 열회수루프모듈(100)에 관해 설명한다.

상기 제1 열회수루프모듈(100)은 굴뚝연돌과 연결되어, 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시키는 역할을 한다.

이는 도 3에 도시한 바와 같이, 배기가스흡입부(110), 스마트 폐열회수모듈(120), 배기가스배출부(130)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 배기가스흡입부(110)에 관해 설명한다.

상기 배기가스흡입부(110)는 길이방향의 굴뚝 연돌 일측에 연결되어, 폐열의 배기가스를 흡입하여 스마트 가스배출부로 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, 배기가스공급파이프(111), 순환팬(112), 순환팬구동모터(113)로 구성된다.

상기 배기가스공급파이프(111)는 길이방향의 굴뚝 연돌 일측과 탈부착 연결되어, 굴뚝 연돌로부터 나오는 폐열의 배기가스를 공급받아 순환팬으로 공급시키는 역할을 한다.

상기 순환팬(112)은 배기가스공급파이프 선상에 설치되어, 배기가스공급파이프를 통해 공급되는 배기가스를 흡입하여 스마트 폐열회수모듈의 용해조로 전달시키는 역할을 한다.

상기 순환팬구동모터(113)는 순환팬에 회전력을 생성시키는 역할을 한다.

이는 일측에 PLC 컨트롤러모듈이 연결되어, PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 온오프 구동된다.

둘째, 본 발명에 따른 스마트 폐열회수모듈(120)에 관해 설명한다.

상기 스마트 폐열회수모듈(120)은 배기가스흡입부와 배기가스배출부 사이에 설치되고, PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 배기가스흡입부로부터 흡입된 폐열의 배기가스를 공급받아, 1차, 2차로 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수시켜 준설정온도로 떨어뜨려서 배기가스배출부로 공급시키고, 흡수한 열을 기반으로 열교환시켜 난방수공급모듈에서 공급되는 난방수를 기준설정온도로 높여서 난방수공급모듈로 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, 용해조(121), 난류형흡수탑(122), 분리탑 유입펌프(123), 제1 예열기(124), 흡수탑 공급펌프(125), 제1 열교환기(126), 흡수제 저장조(127)로 구성된다.

[용해조(121)]

상기 용해조(121)는 내부공간에 흡수제와 원수가 믹싱된 흡수제용액을 저장하면서, 배기가스흡입부로부터 흡입된 배기가스를 흡수제와 접촉시켜 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수시키는 역할을 한다.

이는 도 3에 도시한 바와 같이, 몸체의 전단 일측에 배기가스흡입부의 배기가스공급파이프와 연결되는 헤드형출입구가 돌출되어 형성되고, 상단 일측에 내부공간에 저장된 흡수제용액의 Ph 농도를 센싱시키는 제1 Ph센서가 형성되며, 제1 Ph센서 일측에 내부공간의 온도를 센싱시키는 제1 온도센서가 형성되고, 제1 온도센서 일측에 내부공간에 저장된 흡수제용액의 수위량을 센싱시키는 제1 수위센서가 형성되며, 제1 수위센서 일측에 흡수제저장조로부터 흡수제를 공급받는 흡수제공급파이프가 연결되어 형성되고, 흡수제공급파이프 일측에 제1 예열기와 흡수탑이 연결되어, 제1 예열기에서 상변화된 하나의 흡습제용액(일예 : 87℃)을 공급시키는 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프가 형성되고, 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프 일측에 원수공급모듈로부터 원수를 공급받아 내부공간에 투입시키는 원수공급파이프가 형성된다.

여기서, 흡습제공급파이프 상에 PLC컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 흡습제공급파이프용 자동밸브(811)가 포함되어 구성되고, 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프 상에 PLC컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프 자동밸브(812)가 포함되어 구성되며, 원수공급파이프 상에 PLC컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 원수공급파이프용 자동밸브(810)가 포함되어 구성된다.

상기 흡습제공급파이프용 자동밸브, 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프 자동밸브, 원수공급파이프용 자동밸브는 솔레노이드밸브와 전동밸브 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

또한, 바닥면 일측에 분리탑 유입펌프와 연결되는 제1 용해조배출파이프가 형성되고, 제1 용해조배출파이프 일측에 흡수탑공급펌프와 연결되는 제2 용해조배출파이프가 형성된다.

본 발명에 따른 용해조(121)는 상단면 타측에 난류형흡수탑과 1:1로 안내시켜 볼트체결시키는 복수개의 안내체결홈이 형성된다.

[난류형흡수탑(122)]

상기 난류형흡수탑(122)은 용해조의 상단 방향쪽으로 하나 또는 둘 이상으로 설치되고, 길이방향의 층상구조로 형성되어, 흡입된 폐열의 배기가스에 난류를 형성시켜 상층방향으로 유입시키면서, 제1 예열기와 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수와 믹싱시켜 기준설정온도로 떨어뜨려서 굴뚝 연돌쪽으로 배출시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, 일자형의 봉구조를 가진 흡수탑몸체와, 흡수탑몸체의 내부공간에 층상구조로 격벽이 형성되고, 격벽 사이사이에 난류형성용 이중날개가 형성되며, 격벽의 외부방향 일측에 예열기용 흡습제용액공급파이프 및 열교환기용 흡습제용액공급파이프가 연결되어 형성된다.

그리고, 상단부에 배기가스배출부의 배출팬이 형성된다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 난류형흡수탑은 흡입된 폐열의 배기가스에 흡습제를 통해, 배기가스에 포함된 수분과 열을 흡수시키면서 난류를 통해 상층방향으로 유입시키고, 외부 측면과 내부공간 일측에 형성된 예열기용 흡습제용액공급파이프로부터 공급받은 상변화된 하나의 흡습제용액순환수(일예 : 87℃)와 믹싱시켜, 1차로 흡수제로 흡수된 배기가스에 포함된 수분 및 열을 87℃로 떨어뜨리고, 87℃로 떨어뜨리고 남은 배기가스에 포함된 수분 및 열을 또 다른 외부 측면과 내부공간 타측에 형성된 열교환기용 흡습제용액공급파이프로부터 공급받은 정제된 흡수제용액순환수(일예 : 60℃)와 믹싱시켜, 2차로 배기가스에 포함된 수분 및 열을 60℃로 떨어뜨려 상단부의 배출팬으로 배출시킨다.

상기 난류형흡수탑(122)이 용해조의 상단 방향쪽으로 하나 또는 둘 이상으로 설치된다는 것은 용해조 상단면에 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 등 다수개로 이루어져, 사용목적과 환경에 맞게 채널별로 선택되어 구성된다.

[ 분리탑 유입펌프(123)]

상기 분리탑 유입펌프(123)는 용해조 일측과 난류형흡수탑 일측이 연결되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 예열기로 공급시키는 역할을 한다.

여기서, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수는 일예로 85℃로 설정된다.

상기 분리탑 유입펌프는 제1 예열기로 공급시키는 공급파이프 상에 PLC컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 제1 예열기용 자동밸브(820)가 포함되어 구성된다.

[제1 예열기(124)]

상기 제1 예열기(124)는 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열에다가, 스마트 증발기모듈로부터 공급받은 농축액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 난류형흡수탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 스마트 증발기모듈의 분리탑유입수조쪽으로 전달시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, 제1a 상변환부(124a)와 제1b 상변환부(124b)로 구성된다.

상기 제1a 상변환부(124a)는 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열(일예 : 85℃)에다가 스마트 증발기모듈의 농축액순환펌프로부터 공급받은 농축액순환수에 포함된 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 난류형흡수탑으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 87℃)로 상변화시킨다.

상기 제1b 상변환부(124b)는 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열(일예 : 85℃)에다가 스마트 증발기모듈의 농축액순환펌프로부터 공급받은 농축액순환수에 포함된 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 스마트 증발기모듈의 분리탑유입수조쪽으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 95℃)로 상변화시킨다.

이처럼, 제1a 상변환부(124a)와 제1b 상변환부(124b)로 이루어진 제1 예열기가 구성됨으로서, 1차 반복루프구조로 난류형흡수탑에 상변화된 흡습제용액순환수(일예 : 87℃)를 투입시킬 수 있어, 난류형흡수탑 내부공간에서 1차로 흡수제용액순환수로 배기가스에 포함된 수분 및 열을 87℃로 떨어뜨릴 수가 있다.

[ 흡수탑 공급펌프(125)]

상기 흡수탑 공급펌프(125)는 용해조 타측과 연결되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 열교환기로 공급시키는 역할을 한다.

여기서, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수는 일예로 85℃로 구성된다.

상기 흡수탑 공급펌프는 필터부로 공급시키는 공급파이프상에 PLC컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 필터부용 자동밸브(830)가 포함되어 구성된다.

[제1 열교환기(126)]

상기 제1 열교환기(126)는 흡수탑 공급펌프로부터 공급된 흡수제용액순환수를 필터링시켜 정제시킨 후, 정제된 흡수제용액순환수의 열과 난방수공급모듈로부터 공급된 난방수를 서로 열교환시킨 후, 열교환된 흡수제용액순환수를 난방수공급모듈로 공급시키고, 또 다른 열교환된 흡습제용액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이, 판형열교환기로 이루어지고, 필터부를 통해 정제된 흡수제용액순환수의 열(85℃)과 난방수공급모듈로부터 공급된 난방수(50℃)를 서로 열교환시킨 후, 열교환된 흡수제용액순환수(80℃)를 난방수공급모듈로 공급시키고, 또 다른 열교환된 흡습제용액순환수(60℃)를 난류형흡수탑쪽으로 공급시키도록 구성된다.

그리고, 상기 제1 열교환기(126)는 도 4에 도시한 바와 같이, 일측에 필터부(126a), 제1 열교환기용 자동밸브(126b), 제1 열회수루프용 난방수공급파이프(126c), 제1 열회수루프용 열교환난방수공급파이프(126d), 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프(126e), 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프(126f)가 연결되어 구성된다.

상기 필터부(126a)는 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 열교환기로 흡수탑 공급펌프로부터 공급된 흡수제용액순환수가 투입되기전에 흡수제용액순환수에 포함된 이물질을 필터링시키는 역할을 한다.

상기 제1 열교환기용 자동밸브(126b)는 제1 열회수루프용 난방수공급파이프, 제1 열회수루프용 열교환난방수공급파이프, 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프, 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프 상에 설치되어, PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 자동으로 오픈 또는 클로즈시키는 역할을 한다.

이는 솔레노이드 밸브 또는 전동밸브 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

상기 제1 열회수루프용 난방수공급파이프(126c)는 제1 열교환기 일측으로 난방수(일예 : 50℃)를 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 PLC 컨트롤러의 제어하에 구동되는 제1 난방수공급파이용 자동밸브(840)가 포함되어 구성된다.

상기 제1 열회수루프용 열교환난방수공급파이프(126d)는 제1 열교환기 타측과 연결되어, 제1 열교환기를 통해 열교환된 난방수(일예 : 80℃)를 난방수공급모듈로 다시 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 열교환된 난방수의 온도를 센싱시키는 제2 온도센서가 포함되어 구성된다.

또한, 파이프상에 PLC 컨트롤러의 제어하에 구동되는 제1 열교환난방수공급파이프용 자동밸브(850)가 포함되어 구성된다.

상기 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프(126e)는 난류형흡수탑의 외부 상단 일측면과 연결되어, 난류형흡수탑의 내부공간으로 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수(일예 : 60℃)를 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 열교환된 흡수제용액순환수의 온도를 센싱시키는 제3 온도센서가 포함되어 구성된다.

또한, 파이프상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 제1 흡수제용액공급파이프용 자동밸브(860)가 포함되어 구성된다.

상기 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프(126f)는 난류형흡수탑의 외부 중단 타측면과 연결되어, 난류형흡수탑의 내부공간으로 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수(일예 : 60℃)를 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 열교환된 흡수제용액순환수의 온도를 센싱시키는 제4 온도센서가 포함되어 구성된다.

[흡수제 저장조(127)]

상기 흡수제 저장조(127)는 용해조 일측에 연결되어, PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 용해조쪽으로 흡수제를 자동공급시키는 역할을 한다.

이는 질산 칼슘, 질산 암모늄, 황산 암모늄, 질산 바륨, 과염소산 바륨, 개미산 칼륨 (potasium formate), 염소산 나트륨 (Sodium chlorate), 질산 나트륨, 질산 칼륨, 염화나트륨, 및 염화칼슘으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되어 구성된다.

상기 흡수제 저장조(127)는 몸체의 상단 일측에 흡수제용액의 수위량을 센싱시키는 제2 수위센서가 형성된다.

셋째, 본 발명에 따른 배기가스배출부(130)에 관해 설명한다.

상기 배기가스배출부(130)는 층상형몸체의 상단 일측면에 설치되고, 길이방향의 굴뚝 연돌 타측에 연결되어, 스마트 폐열회수모듈를 통해 기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝 연돌쪽으로 배출시키는 역할을 한다.

이는 도 5에 도시한 바와 같이, 배기가스배출파이프(131), 배출팬(132), 배출팬구동모터(133)로 구성된다.

상기 배기가스배출파이프(131)는 길이방향의 굴뚝 연돌 일측과 탈부착 연결되어, 난류형흡수탑의 흡수제용액 순환수와 농축액 순환수로부터 기준설정온도로 떨어진 배기가스(60℃)를 난류형흡수탑으로부터 공급받아 배출팬으로 공급시키는 역할을 한다.

상기 배출팬(132)은 배기가스배출파이프 선상에 설치되어, 배기가스배출파이프를 통해 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 배출시키는 역할을 한다.

이는 스마트 폐열회수모듈의 흡수탑 상단 일측에 위치되어 구성된다.

상기 배출팬구동모터(133)는 배출팬에 회전력을 생성시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 제2 열회수루프모듈(200)에 관해 설명한다.

상기 제2 열회수루프모듈(200)은 제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액순환수의 농축액을 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 분리탑유입수조(210), 제2 예열기(220), 분리탑(230), 분리탑공급펌프(240), 농축액순환펌프(250), 증발기(260), 응축기(270), 응축수 저장수조(280), 응축수 유출펌프(290)로 구성된다.

첫째, 본 발명에 따른 분리탑유입수조(210)에 관해 설명한다.

상기 분리탑유입수조(210)는 제1 예열기의 출력단 일측과 연결되어, 제1 예열기로부터 상변화된 흡습제용액순환수를 공급받아 저장시키는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 상단 일측에 제1 예열기를 통해 상변화된 흡습제용액순환수(일예 : 95℃)를 공급시키는 제1b 예열기용 흡습제용액공급파이프가 연결되어 형성되고, 제1b 예열기용 흡습제용액공급파이프 일측에 분리탑유입수조의 내부공간에 저장된 흡습제용액순환수의 수위량을 센싱시키는 제3 수위센서가 형성되며, 제3 수위센서 일측에 내부공간의 온도를 센싱시키는 제5 온도센서가 형성되고, 바닥면 일측에 분리탑유입펌프와 연결되는 분리탑유입펌프용 흡습제용액공급파이프가 형성된다.

여기서, 분리탑유입펌프용 흡습제용액공급파이프는 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 흡습제용액공급파이프용 자동밸브(870)가 포함되어 구성된다.

둘째, 본 발명에 따른 제2 예열기(220)에 관해 설명한다.

상기 제2 예열기(220)는 분리탑유입수조와 분리탑 사이에 위치되어, 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 분리탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 증발기쪽으로 전달시키는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 제2a 상변환부(221)와 제2b 상변환부(222)로 구성된다.

상기 제2a 상변환부(221)는 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열(일예 : 95℃)에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 분리탑으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 100℃)으로 상변화시킨다. 이는 일측에 제2a 상변환부에서 상변환된 흡습제용액순환수의 온도를 센싱시키는 제6온도센서가 포함되어 구성된다.

상기 제2b 상변환부(222)는 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열(일예 : 95℃)에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 증발기쪽으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 106℃)로 상변화시킨다. 이는 일측 제2b 상변환부에서 상변환된 흡습제용액순환수의 온도를 센싱시키는 제7온도센서가 포함되어 구성된다.

이처럼, 제2a 상변환부(221)와 제2b 상변환부(222)로 이루어진 제2 예열기가 구성됨으로서, 반복루프구조로 분리탑에 상변화된 흡습제용액순환수(일예 : 100℃)를 투입시킨 후, 분리탑에서 분리된 흡습제용액순환수의 농축액순환수를 흡수탑으로 다시 투입시킬 수 있어, 흡수제의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이로 인해, 흡수제에 의한 폐열, 수분 및 오염물질 회수특성을 최적 상태로 유지시킬 수 있어, 기존에 비해 폐열회수율을 80% 향상시킬 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 분리탑(230)에 관해 설명한다.

상기 분리탑(230)은 수직의 길이방향으로 형성되어, 제2 예열기로부터 공급받은 흡습제용액순환수를 증발기로부터 전달된 증발열을 통해 증발시켜 흡습제용액순환수에 포함된 농축액과 기체를 분리시키는 역할을 한다.

이는 길이방향의 봉형상으로 형성되고, 내부공간에 복수개의 분리노즐이 형성되며, 외부 일측에 증발기로부터 증발열을 공급시키는 증발열공급파이프가 연결되어 형성되고, 외부 타측에 제2 예열기로부터 흡습제용액순환수를 공급받은 제2b 예열기용 흡습제용액공급파이프가 연결되어 형성되며, 바닥면 일측에 흡습제용액순환수에서 분리된 농축액순환수를 농축액순환펌프로 공급시키는 제1 농축액공급파이프가 연결되어 형성되고, 바닥면 타측에 흡습제용액순환수에서 분리된 농축액순환수를 분리탑공급펌프로 공급시키는 제2 농축액공급파이프가 연결되어 형성되며, 상단 헤드부 일측에 응축기쪽으로 분리탑에서 분리된 기체를 공급시키는 기체공급파이프가 연결되어 형성된다.

여기서, 기체공급파이프 상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 기체공급파이프용 자동밸브(880)가 포함되어 구성된다.

넷째, 본 발명에 따른 분리탑공급펌프(240)에 관해 설명한다.

상기 분리탑공급펌프(240)는 분리탑 하단 일측에 위치되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 펌핑시켜 제2 예열기로 공급시키는 역할을 한다.

이는 제2 농축액공급파이프가 연결되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 제2 예열기로 공급시킨다.

다섯째, 본 발명에 따른 농축액순환펌프(250)에 관해 설명한다.

상기 농축액순환펌프(250)는 분리탑 하단 타측에 위치되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 펌핑시켜 공급시키는 역할을 한다.

이는 분리탑에서 분리된 농축액순환수의 온도를 센싱시키는 제8온도센서가 포함되어 구성된다.

여섯째, 본 발명에 따른 증발기(260)에 관해 설명한다.

상기 증발기(260)는 분리탑공급펌프로부터 농축액순환수를 공급받아, 농축액에 포함된 열과 외부 부하기기(스팀헤더)의 남은 열, 그리고, 제2 예열기의 흡습제용액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 온도를 높여서 끓여서 증발시키고, 증발열을 분리탑으로 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 판형열교환기로 이루어지고, 분리탑공급펌프로부터 공급받은 농축액순환수의 열(일예 : 100℃), 외부 부하기기(스팀헤더)의 남은 열(일예 : 140℃), 그리고, 제2 예열기의 흡습제용액순환수에 포함된 열(일예 : 106℃)을 서로 믹싱시켜 온도를 높여서 끓여서 증발시킨다.

이때 생성된 증발열은 일예로, 140℃가 생성된다.

일곱째, 본 발명에 따른 응축기(270)에 관해 설명한다.

상기 응축기(270)는 분리탑의 헤드상단 일측에 연결되어, 분리탑에서 분리된 기체를 응축시키고, 응축된 열을 기반으로 열교환시켜 난방수공급모듈에서 공급되는 난방수를 기준설정온도로 높여서 난방수공급모듈로 공급시키고, 응축된 응축수를 응축수 저장수조로 배출시키는 역할을 한다.

이는 도 6에 도시한 바와 같이, 열교환기로 구성된다.

그리고, 일측에 분리탑공급파이프(271), 진공형성모듈(272), 제2 열회수루프용 난방수공급파이프(273), 응축열난방수공급파이프(274), 제1 응축수공급파이프(275)가 연결되어 구성된다.

상기 분리탑공급파이프(271)는 분리탑에서 분리된 기체(일예 : 100℃)를 응축기로 공급시키는 역할을 한다.

상기 진공형성모듈(272)은 진공의 힘을 통해 응축기를 진공분위기하에서 감압시켜 분리탑에서 분리된 기체를 응축시키는 역할을 한다.

이는 진공펌프와 기수분리기로 구성된다.

즉, 분리탑 내부의 압력을 감압시켜 용해제(물)의 ?쓴쩝?(100℃-> 90℃)을 낮춰 물을 끓일 때 사용되는 에너지를 절감하도록 구성된다.

이는 산위로 올라갈수록 기압이 낮아져 끓는점이 달라지는 원리를 이용한다.

상기 제2 열회수루프용 난방수공급파이프(273)는 응축기 일측으로 난방수(일예 : 50℃)를 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 제2 난방수공급파이프용 자동밸브(890)가 포함되어 구성된다.

상기 응축열난방수공급파이프(274)는 응축기 타측과 연결되어, 응축기를 통해 응축된 난방수(일예 : 80℃)를 다시 난방수공급모듈로 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 응축열난방수공급파이프용 자동밸브(890a)가 포함되어 구성된다.

상기 제1 응축수공급파이프(275)는 응축수 저장수조로 응축수를 공급시키는 역할을 한다.

이는 파이프상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 응축수공급파이프용 자동밸브(890b)가 포함되어 구성된다.

여덟째, 본 발명에 따른 응축수 저장수조(280)에 관해 설명한다.

상기 응축수 저장수조(280)는 응축기의 배출부와 연결되어, 응축기에서 배출되는 응축수를 저장시키는 역할을 한다.

이는 상단 일측에 응축수공급파이프가 연결되어 형성되고, 응축수공급파이프 일측에 내부공간에 저장된 응축수의 수위를 감지하는 제4 수위센서가 형성되며, 바닥면 일측에 응축수 유출펌프쪽으로 응축수를 공급시키는 제2 응축수공급파이프가 형성된다.

아홉째, 본 발명에 따른 응축수 유출펌프(290)에 관해 설명한다.

상기 응축수 유출펌프(290)는 응축수 저장수조에 저장된 응축수를 폐수처리집수조로 펌핑시켜 공급시키는 역할을 한다.

이처럼, 본 발명에서는 제1 열회수루프모듈(100), 제2 열회수루프모듈(200)가 나뉘어 구성됨으로서,

1차로 제1 열회수루프모듈을 통해 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키면서, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시킬 수 있고,

2차로 제2 열회수루프모듈을 통해 제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시킬 수 있어, 굴뚝연돌의 배기가스 온도를 낮추고, 배기가스의 유해물질을 필터링시키며, 무엇보다, 배기가스내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여, 난방수공급모듈쪽으로 1번이 아닌, 2번으로 공급시켜 난방수기준설정온도를 높일 수 있어, 기존에 비해 폐열회수율을 80% 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 난방수공급모듈(300)에 관해 설명한다.

상기 난방수공급모듈(300)은 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 저장한 난방수를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 7에 도시한 바와 같이, 난방수저장탱크(310), 난방수순환펌프(320), 난방수순환파이프(330)로 구성된다.

상기 난방수저장탱크(310)는 난방수를 저장시키는 역할을 한다.

이는 50℃의 난방수에다가, 제1 열회수루프모듈로부터 1차 열교환된 난방수를 공급받아 저장시키거나, 또는 제2 열회수루프모듈로부터 2차 열교환된 난방수를 공급받아 저장시켜 80℃로 상승시켜 난방수를 필요로 하는 외부로 배출시키는 역할을 한다.

상기 난방수저장탱크(310)는 제5 수위센서, 제9온도센서가 포함되어 구성된다.

상기 난방수순환펌프(320)는 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 난방수저장탱크에 저장된 50℃의 난방수를 제1 열회수루프모듈 또는 제2 열회수루프모듈로 공급시키는 역할을 한다.

상기 난방수순환파이프(330)는 제1 열회수루프모듈 또는 제2 열회수루프모듈과 연결되어, 제1 열회수루프모듈 또는 제2 열회수루프모듈로 50℃의 난방수를 공급시키고, 제1 열회수루프모듈 또는 제2 열회수루프모듈로부터 80℃의 난방수를 공급받아 난방수저장탱크로 보내는 역할을 한다.

이는 난방수저장탱크에 저장된 난방수가 80℃가 될 때, 80℃의 난방수를 난방수를 필요한 외부로 배출시킨다.

또한, 본 발명에 따른 난방수순환파이프(330)는 파이프상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 난방수순환파이프용 자동밸브들(890c)이 포함되어 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 원수공급모듈(400)에 관해 설명한다.

상기 원수공급모듈(400)은 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 저장한 원수(原水)를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 8에 도시한 바와 같이, 원수저장수조(410), 원수공급펌프(420)로 구성된다.

상기 원수저장수조(410)는 시상수(City water) 또는 응축수 유출펌프로부터 공급받은 원수(原水)를 저장시키는 역할을 한다. 이는 제6 수위센서가 포함되어 구성된다.

상기 원수공급펌프(420)는 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 제1 열회수루프모듈 또는 제2 열회수루프모듈쪽으로 공급시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 전기스팀보일러부(500)에 관해 설명한다.

상기 전기스팀보일러부(500)는 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 제2 열회수루프모듈로부터 공급된 증발열을 통해 보일러의 열원으로 사용하고, 보일러에서 사용되고 남은 폐열을 스팀헤더를 통해 제2 열회수루프모듈로 다시 공급시키는 역할을 한다.

이는 도 9에 도시한 바와 같이, 전기스팀보일러(510), 스팀헤더(520)로 구성된다.

상기 전기스팀보일러(510)는 PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 제2 열회수루프모듈로부터 공급된 증발열을 통해 보일러의 열원으로 사용하여 전기스팀을 형성시키는 역할을 한다.

이는 보일러 내부로 공급되는 제2 열회수루프모듈의 분리탑 증발열 공급파이프와, 분리탑의 고온 기체 또는 증발기에서 생성된 증발열을 보일러 내부로 공급시키는 트윈열 공급파이프와, 전기스팀보일러와 스팀헤더 사이를 연결시켜 전기스팀보일어의 폐열을 공급시키는 폐열공급파이프가 포함되어 구성된다.

여기서, 분리탑 증발열 공급파이프, 트윈열 공급파이프, 폐열공급파이프는 파이프 상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하게 구동되는 전기스팀보일러용 자동밸브(890d)가 포함되어 형성된다.

상기 스팀헤더(520)는 전기스팀보일러(510) 일측에 위치되어, 전기스팀보일러에서 사용되고 남은 폐열을 다시 제2 열회수루프모듈의 증발기로 보내어, 증발기의 열교환수단으로 사용되도록 공급시키는 역할을 한다.

이는 상단 일측에 형성된 공급파이프와 배출파이프 상에 PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 구동되는 스팀헤더용 자동밸브들(890e)이 포함되어 형성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 PLC 컨트롤러모듈(600)에 관해 설명한다.

상기 PLC 컨트롤러모듈(600)은 제1 열회수루프모듈, 제2 열회수루프모듈, 난방수공급모듈, 원수공급모듈, 전기스팀보일러와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 순차적으로 제어하면서, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시키는 역할을 한다.

이는 도 10에 도시한 바와 같이, 입력부(610), 메모리부(620), 마이크로프로세서부(630), 출력부(640)로 구성된다.

상기 입력부(610)는 제1,2,3,4,5,6,7,8,9 온도센서, 제1,2,3,4,5 수위센서, 제1 Ph센서로부터 센싱신호를 입력받아 마이크로프로세서부로 전달시키는 역할을 한다.

상기 메모리부(620)는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치의 전체적인 구동에 관한 프로그램 및 데이터를 저장시키는 역할을 한다.

상기 마이크로프로세서부(630)는 메모리부에 저장되어 있는 프로그램을 해독하여 연산시켜 출력부쪽으로 출력신호를 순차적으로 출력시켜, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시키는 역할을 한다.

이는 도 11에 도시한 바와 같이, 입력단자 일측에 용해조의 제1 온도센서가 연결되어, 제1 온도센서에서 센싱된 용해조의 흡수제용액순환수 온도가 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 열교환난방수공급파이프의 제2 온도센서가 연결되어, 제2 온도센서에서 센싱된 열교환난방수공급파이프의 난방수 온도가 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프의 제3 온도센서가 연결되어, 제3 온도센서에서 센싱된 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프의 흡수제용액순환수의 온도가 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프의 제4 온도센서가 연결되어, 제4 온도센서에서 센싱된 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프의 흡수제용액순환수 온도가 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 분리탑유입수조의 제5 온도센서가 연결되어, 제5 온도센서에서 센싱된 분리탑유입수조의 온도가 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 제2a 상변환부의 제6 온도센서가 연결되어, 제2a 상변환부에서 상변환된 흡습제용액순환수의 온도가 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 제7 온도센서가 연결되어, 제2b 상변환부에서 상변환된 흡습제용액순환수의 온도가 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 타측에 제8온도센서가 연결되어, 농축액순환펌프에서 출력되는 농축액순환수의 온도가 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 제9온도센서가 연결되어, 난방수저장탱크에서 저장된 난방수의 온도가 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 타측에 용해조의 제1 수위센서가 연결되어, 용해조의 내부공간에 저장된 흡수제용액 순환수의 수위량이 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 흡수제 저장조의 제2 수위센서가 연결되어, 흡수제저장조에 저장된 흡수제용액의 수위량이 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 타측에 분리탑유입수조의 제3 수위센서가 연결되어, 분리탑유입수조에 저장된 흡습제용액순환수의 수위량이 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 응축수 저장수조의 제4 수위센서가 연결되어, 응축수 저장수조에 저장된 응축수 저장수조의 수위량이 센싱되어 입력되며, 또 다른 입력단자 타측에 난방수저장탱크의 제5 수위센서가 연결되어, 난방수저장탱크에 저장된 난방수의 수위량이 센싱되어 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 용해조의 제1 Ph센서가 연결되어, 용해조의 Ph농도가 센싱되어 입력된다.

또한, 출력단자 일측에 원수공급파이프용 자동밸브(810)가 연결되어 원수공급파이프의 구동을 온오프제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 흡습제공급파이프용 자동밸브(811)가 연결되어, 흡습제공급파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프 자동밸브(812)가 연결되어, 제1a 예열기용 흡습제용액공급파이프의 구동을 온오프 제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 예열기용 자동밸브(820)가 연결되어 분리탑 유입펌프에서 제1 예열기로 공급되는 공급파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제1 열교환기용 자동밸브(126b)가 연결되어, 제1 열회수루프용 난방수공급파이프, 제1 열회수루프용 열교환난방수공급파이프, 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프, 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프 중 어느 하나를 선택하여 온오프제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 필터부용 자동밸브(830)가 연결되어, 흡수탑 공급펌프에서 필터부로 공급시키는 공급파이프의 구동을 온오프제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 난방수공급파이용 자동밸브(840)가 연결되어, 제1 열회수루프용 난방수공급파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제1 열교환난방수공급파이프용 자동밸브(850)가 연결되어, 제1 열회수루프용 열교환난방수공급파이프의 구동을 온오프제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 흡수제용액공급파이프용 자동밸브(860)가 연결되어, 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 흡습제용액공급파이프용 자동밸브(870)가 연결되어, 분리탑유입펌프용 흡습제용액공급파이프의 구동을 온오프 제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 기체공급파이프용 자동밸브(880)가 연결되어, 기체공급파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제2 난방수공급파이프용 자동밸브(890)가 연결되어, 제2 열회수루프용 난방수공급파이프의 구동을 온오프제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 응축열난방수공급파이프용 자동밸브(890a)가 연결되어, 응축열난방수공급파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 응축수공급파이프용 자동밸브(890b)가 연결되어 제1 응축수공급파이프의 구동을 온오프 제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 난방수순환파이프용 자동밸브(890c)가 연결되어, 난방수순환파이프의 구동을 온오프제어시키며, 또 다른 출력단자 일측에 전기스팀보일러용 자동밸브(890d)가 연결되어, 분리탑 증발열 공급파이프, 트윈열 공급파이프, 폐열공급파이프 구동을 온오프제어시키고, 또 다른 출력단자 일측에 스팀헤더용 자동밸브(890e)가 연결되어, 스팀헤더에 연결된 공급파이프와 배출파이프의 구동을 온오프 제어시키도록 구성된다.

상기 마이크로프로세서부(630)는 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 열회수루프모듈 구동모드(631), 제2 열회수루프모듈 구동모드(632), 난방수공급모듈 구동모드(633), 원수공급모듈 구동모드(634), 전기스팀보일러부 구동모드(635)가 포함되어 구성된다.

상기 제1 열회수루프모듈 구동모드(631)는 제1 열회수루프모듈을 구동시켜,굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시키도록 제어한다.

상기 제2 열회수루프모듈 구동모드(632)는 제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키도록 제어한다.

상기 난방수공급모듈구동모드(633)는 저장한 난방수를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키도록 제어한다.

상기 원수공급모듈구동모드(634)는 저장한 원수(原水)를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키도록 제어한다.

상기 전기스팀보일러부 구동모드(635)는 제2 열회수루프모듈로부터 공급된 증발열을 통해 보일러의 열원으로 사용하고, 보일러에서 사용되고 남은 폐열을 스팀헤더를 통해 제2 열회수루프모듈로 다시 공급시키도록 제어한다.

상기 출력부(640)는 스마트 폐열회수장치에 구성된 출력기기(순환팬구동모터, 용해조, 난류형흡수탑, 분리탑 유입펌프, 제1 예열기, 흡수탑 공급펌프, 제1 열교환기, 흡수제 저장조, 배출팬구동모터, 분리탑유입수조, 제2 예열기, 분리탑, 분리탑공급펌프, 농축액순환펌프, 증발기, 응축기, 응축수 저장수조, 응축수 유출펌프, 난방수펌프, 자동밸브))와 연결되어, 마이크로프로세서부의 제어하에 출력기기쪽으로 출력신호를 출력시키는 역할을 한다.

본 발명에 따른 굴뚝연돌 배기가스 배출시설용 스마트 폐열회수장치는 도 13에 도시한 바와 같이, 제1 열회수루프모듈(100)와 제2 열회수루프모듈(200)이 층상구조로 형성되어 이루어진다.

이처럼, 층상구조로 형성됨으로서, 난류형흡수탑이 용해조의 상단 방향쪽으로 하나 또는 둘 이상으로 설치되고, 길이방향의 층상구조로 형성되어, 흡입된 폐열의 배기가스에 난류를 형성시켜 상층방향으로 유입시키면서, 제1 예열기와 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수와 믹싱시켜 기준설정온도로 떨어뜨려서 굴뚝 연돌쪽으로 배출시킬 수 있고, 무엇보다 각 기기를 하나로 모듈화하여 층상구조로 제작할 수 있어, 설치와 작업시간을 기존에 비해 70% 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 PLC 컨트롤러모듈이외에도, HMI(Human Machine Interface) & SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)로 대체되어 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 마이크로프로세서부의 제어하에, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시키는 과정에 관해 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클의 흡습제는 R134a로 설정하고, 흡습제는 단열압축 과정으로 설정한다.

그리고, 하이스트사이클내 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 등엔트로피 효율은 각각 0.8로 설정한다.

또한, 하이스트사이클내 파이프의 압력강화와 열손실은 무시한다.

그리고, 하이스트사이클내 공급되는 원수, 난방수의 입구온도는 대기온도와 같은 20℃로 설정하고, 운동에너지와 위치에너지의 변환는 없는 것으로 설정한다.

또한, 하이스트사이클 주위의 온도와 압력은 동일하다고 설정한다.

다음으로, 제1 열회수루프모듈의 등엔트로피효율에 관해 설명한다.

이는 에너지보존식으로부터 제1 열회수루프모듈의 등엔트로피효율(ηh1)이 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서, 하첨자 s는 등엔트로피 상태를 나타내고, h1, h2는 제1 열회수루프모듈의 흡입 엔탈피와 제1 열회수루프모듈의 배출 엔탈피를 각각 나타낸다.

다음의 수학식 2는 제1 열회수루프모듈에서 소요되는 동력(

)을 나타내고, 여기서

는 흡습제의 질량유량을 나타낸다.

다음으로, 제2 열회수루프모듈의 등엔트로피효율에 관해 설명한다.

이는 에너지보존식으로부터 제2 열회수루프모듈의 등엔트로피효율((ηh2)이 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.

다음의 수학식 4는 제2 열회수루프모듈에서 소요되는 동력(

)을 나타내고, 여기서

는 흡습제의 질량유량을 나타낸다. 그리고, h3은 제2 열회수루프모듈의 흡입 엔탈피를 나타내고, h4는 제2 열회수루프모듈의 배출 엔탈피를 나타낸다.

다음으로, 수학식 5와 같이, 제2 열회수루프모듈의 증발기에 공급되는 열전달율(

), 수학식 6과 같이, 제2 열회수루프모듈의 응축기에서 방출되는 열전달율(

)을 나타낸다.

다음으로, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈을 통한 하이스트사이클의 열효율(η_th)은 다음의 수학식 7과 같이 표현된다.

다음으로, 열원의 활용율(ε)은 다음의 수학식 8과 같이 표현된다.

여기서, 하첨자 '0'은 사장상태(dead state)인 대기 조건의 온도와 압력상태에서 물성치를 h_in, h_out은 열원의 입구 엔탈피와 출구 엔탈피를 나타내며,

는 열원의 최대 이용 가능한 열전달율을 나타낸다.

상기 사장상태는 어떤 특정한 상태에 있는 계가 주위와 열역학적 평형과 기계적 평형을 이루고 있는 상태이다.

따라서, 본 발명에서는 주위의 온도와 압력이 동일한 상태이고, 주위에 대하여 운동에너지 및 위치에너지가 없다는 설정하에, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈이 가진 최대 이용 가능한 열량에 대한 출력비율로 표현되는 하이스트 사이클의 열효율(η_highst)은 다음의 수학식 9와 같이 표현된다.

본 발명에 따른 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시킨다는 것은 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈이 가진 최대 이용 가능한 열량에 대한 출력비율인 하이스트 사이클의 열효율(η_highst)로서, 20%~50%로 설정시키는 것을 말한다.

즉, 1:1.2는 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율로서, 제2 열회수루프모듈이 제1 열회수루프모듈에 비해 20% 열효율을 높게 설정한 것이고, 1:1.5는 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율로서, 제2 열회수루프모듈이 제1 열회수루프모듈에 비해 50% 열효율을 높게 설정한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수방법에 관해 구체적으로 설명한다.

이는 도 14에 도시한 바와 같이, PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 제1 열회수루프모듈이 구동되어, 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시켜 1차로 폐열을 회수시키는 단계(S100)와,

PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 제2 열회수루프모듈이 구동되어, 제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키는 단계(S200)로 이루어진다.

[제1 열회수루프모듈을 통한 1차 폐열회수단계( S100 )]

먼저, 도 14에 도시한 바와 같이, 배기가스흡입부가 구동되어, 폐열의 배기가스를 흡입하여 스마트 가스배출부로 공급시킨다(S110).

다음으로, 용해조에서 배기가스흡입부로부터 흡입된 배기가스를 흡수제와 접촉시켜 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수시킨다(S120).

다음으로, 난류형흡수탑에서 흡입된 폐열의 배기가스에 난류를 형성시켜 상층방향으로 유입시키면서, 제1 예열기와 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수와 믹싱시켜 기준설정온도로 떨어뜨려서 굴뚝 연돌쪽으로 배출시킨다(S130).

즉, 난류형흡수탑은 흡입된 폐열의 배기가스에 흡습제를 통해, 배기가스에 포함된 수분과 열을 흡수시키면서 난류를 통해 상층방향으로 유입시키고, 외부 측면에 형성된 예열기용 흡습제용액공급파이프로부터 공급받은 상변화된 하나의 흡습제용액순환수(일예 : 87℃)와 믹싱시켜, 1차로 흡수제로 흡수된 배기가스에 포함된 수분 및 열을 87℃로 떨어뜨리고, 87℃로 떨어뜨리고 남은 배기가스에 포함된 수분 및 열을 또 다른 외부 측면에 형성된 열교환기용 흡습제용액공급파이프로부터 공급받은 정제된 흡수제용액순환수(일예 : 60℃)와 믹싱시켜, 2차로 배기가스에 포함된 수분 및 열을 60℃로 떨어뜨려 상단부의 배출팬으로 배출시킨다.

다음으로, 분리탑 유입펌프가 구동되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 예열기로 공급시킨다(S140).

다음으로, 제1 예열기가 구동되어, 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열에다가, 스마트 증발기모듈로부터 공급받은 농축액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 난류형흡수탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 스마트 증발기모듈의 분리탑유입수조쪽으로 전달시킨다(S150).

즉, 제1a 상변환부를 통해 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열(일예 : 85℃)에다가 스마트 증발기모듈의 농축액순환펌프로부터 공급받은 농축액에 포함된 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 난류형흡수탑으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 87℃)로 상변화시킨다.

그리고, 제1b 상변환부를 통해 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열(일예 : 85℃)에다가 스마트 증발기모듈의 농축액순환펌프로부터 공급받은 농축액에 포함된 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 스마트 증발기모듈의 분리탑유입수조쪽으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 95℃)로 상변화시킨다.

다음으로, 흡수탑 공급펌프가 구동되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 열교환기로 공급시킨다(S160).

다음으로, 제1 열교환기가 구동되어, 흡수탑 공급펌프로부터 공급된 흡수제용액을 필터링시켜 정제시킨 후, 정제된 흡수제용액순환수의 열과 난방수공급모듈로부터 공급된 난방수를 서로 열교환시킨 후, 열교환된 흡수제용액순환수를 난방수공급모듈로 공급시키고, 또 다른 열교환된 흡습제용액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 공급시킨다(S170).

즉, 필터부를 통해 제1 열교환기로 흡수탑 공급펌프로부터 공급된 흡수제용액이 투입되기전에 흡수제용액순환수에 포함된 이물질을 필터링시킨다.

이어서, 난방수공급파이프를 통해 제1 열교환기 일측으로 난방수(일예 : 50℃)가 공급되면, 열교환난방수공급파이프를 열교환된 난방수(일예 : 80℃)를 난방수공급모듈로 다시 공급시킨다.

이어서, 제1a 열교환기용 흡수제용액공급파이프쪽으로, 난류형흡수탑의 내부공간으로 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수(일예 : 60℃)를 공급시킨다.

이어서, 제1b 열교환기용 흡수제용액공급파이프쪽으로, 난류형흡수탑의 내부공간으로 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수(일예 : 60℃)를 공급시킨다.

끝으로, 흡수제 저장조가 PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 용해조쪽으로 흡수제를 자동공급시킨다(S180).

[제2 열회수루프모듈을 통한 2차 폐열회수단계( S200 )]

먼저, 도 16에 도시한 바와 같이, 분리탑유입수조에서 제1 예열기로부터 상변화된 흡습제용액순환수를 공급받아 저장시킨다(S210).

다음으로, 제2 예열기가 구동되어, 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 분리탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 증발기쪽으로 전달시킨다(S220).

즉, 제2a 상변환부를 통해, 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열(일예 : 95℃)에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 분리탑으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 100℃)로 상변화시킨다.

그리고, 제2b 상변환부를 통해, 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열(일예 : 95℃)에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열(일예 : 100℃)을 서로 믹싱시켜 증발기쪽으로 공급시키는 흡습제용액순환수(일예 : 106℃)로 상변화시킨다.

다음으로, 분리탑이 구동되어, 제2 예열기로부터 공급받은 흡습제용액순환수를 증발기로부터 전달된 증발열을 통해 증발시켜 흡습제용액순환수에 포함된 농축액과 기체를 분리시킨다(S230).

다음으로, 분리탑공급펌프가 구동되어 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 펌핑시켜 제2 예열기로 공급시킨다(S240).

다음으로, 농축액순환펌프가 구동되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 펌핑시켜 공급시킨다(S250).

다음으로, 증발기가 구동되어, 분리탑공급펌프로부터 농축액순환수를 공급받아, 농축액순환수에 포함된 열과 외부 부하기기(스팀헤더)의 남은 열, 그리고, 제2 예열기의 흡습제용액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 온도를 높여서 끓여서 증발시키고, 증발열을 분리탑으로 공급시킨다(S260).

즉, 분리탑공급펌프로부터 공급받은 농축액순환수의 열(일예 : 100℃), 외부 부하기기(스팀헤더)의 남은 열(일예 : 140℃), 그리고, 제2 예열기의 흡습제용액순환수에 포함된 열(일예 : 106℃)을 서로 믹싱시켜 온도를 높여서 끓여서 증발시킨다.

이때 생성된 증발열은 일예로, 140℃가 생성된다.

다음으로, 응축기가 구동되어, 분리탑에서 분리된 기체를 응축시키고, 응축된 열을 기반으로 열교환시켜 난방수공급모듈에서 공급되는 난방수를 기준설정온도로 높여서 난방수공급모듈로 공급시키고, 응축된 응축수를 응축수 저장수조로 배출시킨다(S270).

즉, 분리탑공급파이프를 통해 분리탑에서 분리된 기체(일예 : 100℃)를 응축기로 공급시킨다.

이어서, 진공형성모듈이 구동되어, 진공의 힘을 통해 응축기를 진공분위기하에서 감압시켜 분리탑에서 분리된 기체를 응축시킨다.

이어서, 난방수공급파이프를 통해 응축기 일측으로 난방수(일예 : 50)가 공급된다.

이어서, 응축열난방수공급파이프를 통해 응축기에서 응축된 난방수(일예 : 80)를 다시 난방수공급모듈로 공급시킨다.

다음으로, 응축수 저장수조에 응축기에서 배출되는 응축수를 저장시킨다(S280).

끝으로, 응축수 유출펌프가 구동되어 응축수 저장수조에 저장된 응축수를 폐수처리집수조로 펌핑시켜 공급시킨다(S290).

1 : 스마트 폐열회수장치 100 : 제1 열회수루프모듈
200 : 제2 열회수루프모듈 300 : 난방수공급모듈
400 : 원수공급모듈 500 : 전기스팀보일러부
600 : PLC 컨트롤러모듈

Claims

굴뚝연돌과 연결되어, 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시키는 제1 열회수루프모듈(100)과,
제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키는 제2 열회수루프모듈(200)과,
PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 저장한 난방수를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키는 난방수공급모듈(300)과,
PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 저장한 원수(原水)를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키는 원수공급모듈(400)과,
PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 제2 열회수루프모듈로부터 공급된 증발열을 통해 보일러의 열원으로 사용하고, 보일러에서 사용되고 남은 폐열을 스팀헤더를 통해 제2 열회수루프모듈로 다시 공급시키는 전기스팀보일러부(500)와,
제1 열회수루프모듈, 제2 열회수루프모듈, 난방수공급모듈, 원수공급모듈, 전기스팀보일러와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 순차적으로 제어하면서, 제1 열회수루프모듈과 제2 열회수루프모듈의 운전비율을 1:1.2~1:1.5로 설정하여 구동제어시키는 PLC 컨트롤러모듈(600)로 이루어지고,
상기 제1 열회수루프모듈(100)은
길이방향의 굴뚝 연돌 일측에 연결되어, 폐열의 배기가스를 흡입하여 스마트 가스배출부로 공급시키는 배기가스흡입부(110)와,
배기가스흡입부와 배기가스배출부 사이에 설치되고, PLC 컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 구동되어, 배기가스흡입부로부터 흡입된 폐열의 배기가스를 공급받아, 1차, 2차로 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수시켜 기준설정온도로 떨어뜨려서 배기가스배출부로 공급시키고, 흡수한 열을 기반으로 열교환시켜 난방수공급모듈에서 공급되는 난방수를 기준설정온도로 높여서 난방수공급모듈로 공급시키는 스마트 폐열회수모듈(120)과,
층상형몸체의 타측면에 설치되고, 길이방향의 굴뚝 연돌 타측에 연결되어, 스마트 폐열회수모듈를 통해 기준설정온도로 떨어진 배기가스를 배출시키는 배기가스배출부(130)로 구성되는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치에 있어서,
상기 PLC 컨트롤러모듈(600)은
입력부(610), 메모리부(620), 마이크로프로세서부(630), 출력부(640)로 이루어지고,
상기 마이크로프로세서부(630)는
제1 열회수루프모듈을 구동시켜,굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시키도록 제어하는 제1 열회수루프모듈 구동모드(631)와,
제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키도록 제어하는 제2 열회수루프모듈 구동모드(632)와,
저장한 난방수를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키도록 제어하는 난방수공급모듈구동모드(633)와,
저장한 원수(原水)를 제1 열회수루프모듈(100) 또는 제2 열회수루프모듈(200)쪽으로 공급시키도록 제어하는 원수공급모듈구동모드(634)와,
제2 열회수루프모듈로부터 공급된 증발열을 통해 보일러의 열원으로 사용하고, 보일러에서 사용되고 남은 폐열을 스팀헤더를 통해 제2 열회수루프모듈로 다시 공급시키도록 제어하는 전기스팀보일러부 구동모드(635)로 구성되는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치.
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제1항에 있어서, 상기 스마트 폐열회수모듈(120)은
내부공간에 흡수제와 원수가 믹싱된 흡수제용액을 저장하면서, 배기가스흡입부로부터 흡입된 배기가스를 흡수제와 접촉시켜 배기가스내에 포함된 수분 및 열을 흡수시키는 용해조(121)와,
용해조의 상단 방향쪽으로 하나 또는 둘 이상으로 설치되고, 길이방향의 층상구조로 형성되어, 흡입된 폐열의 배기가스에 난류를 형성시켜 상층방향으로 유입시키면서, 제1 예열기와 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수와 믹싱시켜 기준설정온도로 떨어뜨려서 굴뚝 연돌쪽으로 배출시키는 난류형흡수탑(122)과,
용해조 일측과 난류형흡수탑 일측이 연결되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 예열기로 공급시키는 분리탑 유입펌프(123)와,
용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열에다가, 스마트 증발기모듈로부터 공급받은 농축액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 난류형흡수탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 스마트 증발기모듈의 분리탑유입수조쪽으로 전달시키는 제1 예열기(124)와,
용해조 타측과 연결되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 열교환기로 공급시키는 흡수탑 공급펌프(125)와,
흡수탑 공급펌프로부터 공급된 흡수제용액순환수를 필터링시켜 정제시킨 후, 정제된 흡수제용액순환수의 열과 난방수공급모듈로부터 공급된 난방수를 서로 열교환시킨 후, 열교환된 흡수제용액순환수를 난방수공급모듈로 공급시키고, 또 다른 열교환된 흡습제용액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 공급시키는 제1 열교환기(126)와,
용해조 일측에 연결되어, PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 용해조쪽으로 흡수제를 자동공급시키는 흡수제 저장조(127)로 구성되는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 열회수루프모듈(200)은
제2 열회수루프모듈의 제1 예열기 출력단 일측과 연결되어, 제1 예열기로부터 상변화된 흡습제용액순환수를 공급받아 저장시키는 분리탑유입수조(210)와,
분리탑유입수조와 분리탑 사이에 위치되어, 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 분리탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 증발기쪽으로 전달시키는 제2 예열기(220)와,
수직의 길이방향으로 형성되어, 제2 예열기로부터 공급받은 흡습제용액순환수를 증발기로부터 전달된 증발열을 통해 증발시켜 흡습제용액순환수에 포함된 농축액과 기체를 분리시키는 분리탑(230)과,
분리탑 하단 일측에 위치되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 펌핑시켜 제2 예열기로 공급시키는 분리탑공급펌프(240)와,
분리탑 하단 타측에 위치되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 펌핑시켜 공급시키는 농축액순환펌프(250)와,
분리탑공급펌프로부터 농축액순환수를 공급받아, 농축액순환수에 포함된 열과 외부 부하기기(스팀헤더)의 남은 열, 그리고, 제2 예열기의 흡습제용액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 온도를 높여서 끓여서 증발시키고, 증발열을 분리탑으로 공급시키는 증발기(260)와,
분리탑의 헤드상단 일측에 연결되어, 분리탑에서 분리된 기체를 응축시키고, 응축된 열을 기반으로 열교환시켜 난방수공급모듈에서 공급되는 난방수를 기준설정온도로 높여서 난방수공급모듈로 공급시키고, 응축된 응축수를 응축수 저장수조로 배출시키는 응축기(270)와,
응축기의 배출부와 연결되어, 응축기에서 배출되는 응축수를 저장시키는 응축수 저장수조(280)와,
응축수 저장수조에 저장된 응축수를 폐수처리집수조로 펌핑시켜 공급시키는 응축수 유출펌프(290)로 구성되는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치.
제5항에 있어서, 상기 응축기(270)는
일측에 진공형성모듈이 연결되어, 진공형성모듈로부터 진공의 힘을 전달받아 진공분위기하에서 감압되면서 분리탑에서 분리된 기체를 응축시키는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치.
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제1항에 있어서, 상기 스마트 폐열회수장치는
제1 열회수루프모듈(100)와 제2 열회수루프모듈(200)이 층상구조로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수장치.
PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 제1 열회수루프모듈이 구동되어, 굴뚝연돌로부터 배출되는 폐열의 배기가스를 공급받아, 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수하여 1차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 배기가스기준설정온도로 떨어진 배기가스를 굴뚝연돌쪽으로 다시 배출시키는 열회수루프를 형성시켜 1차로 폐열을 회수시키는 단계(S100)와,
PLC 컨트롤러모듈의 제어하에 제2 열회수루프모듈이 구동되어, 제1 열회수루프모듈에서 흡수된 수분을 증발시켜 흡수제의 농도를 기준설정농도에 맞게 유지시킨 후, 응축된 열을 기반으로 2차 열교환시켜 난방수공급모듈쪽으로 공급시켜 난방수기준설정온도로 높여서 공급시키고, 증발열을 통해 분리된 흡습제용액의 농축액순환수를 제1 열회수루프모듈로 공급시켜 열교환수단으로 사용되도록 하는 열회수루프를 형성시키는 단계(S200)로 이루어지는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수방법에 있어서,
상기 제1 열회수루프모듈을 통해 1차로 폐열을 회수시키는 단계(S100)는
배기가스흡입부가 구동되어, 폐열의 배기가스를 흡입하여 스마트 가스배출부로 공급시키는 단계(S110)와,
용해조에서 배기가스흡입부로부터 흡입된 배기가스를 흡수제와 접촉시켜 배기가스 내에 포함된 수분 및 열을 흡수시키는 단계(S120)와,
난류형흡수탑에서 흡입된 폐열의 배기가스에 난류를 형성시켜 상층방향으로 유입시키면서, 제1 예열기와 제1 열교환기를 통해 열교환된 흡수제용액순환수와 믹싱시켜 기준설정온도로 떨어뜨려서 굴뚝 연돌쪽으로 배출시키는 단계(S130)와,
분리탑 유입펌프가 구동되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 예열기로 공급시키는 단계(S140)와,
제1 예열기가 구동되어, 용해조로부터 공급된 흡수제용액순환수의 열에다가, 스마트 증발기모듈로부터 공급받은 농축액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 난류형흡수탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 스마트 증발기모듈의 분리탑유입수조쪽으로 전달시키는 단계(S150)와,
흡수탑 공급펌프가 구동되어, 용해조에서 배기가스와 흡수제가 접촉되어 침전된 흡수제용액순환수를 펌핑시켜 제1 열교환기로 공급시키는 단계(S160)와,
제1 열교환기가 구동되어, 흡수탑 공급펌프로부터 공급된 흡수제용액을 필터링시켜 정제시킨 후, 정제된 흡수제용액순환수의 열과 난방수공급모듈로부터 공급된 난방수를 서로 열교환시킨 후, 열교환된 흡수제용액순환수를 난방수공급모듈로 공급시키고, 또 다른 열교환된 흡습제용액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 공급시키는 단계(S170)와,
흡수제 저장조가 PLC컨트롤러모듈의 제어신호에 따라 용해조쪽으로 흡수제를 자동공급시키는 단계(S180)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수방법.
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제9항에 있어서, 상기 제2 열회수루프모듈을 통해 1차로 폐열을 회수시키는 단계(S200)는
분리탑유입수조에서 제1 예열기로부터 상변화된 흡습제용액순환수를 공급받아 저장시키는 단계(S210)와,
제2 예열기가 구동되어, 분리탑유입수조로부터 공급된 흡습제용액순환수의 열에다가, 외부 부하기기(전기스팀보일러)의 남은 열을 서로 믹싱시켜 상변화시킨 후, 상변화된 하나의 흡습제용액순환수는 분리탑으로 전달시키고, 상변화된 또 다른 하나의 흡습제용액순환수는 증발기쪽으로 전달시키는 단계(S220)와,
분리탑이 구동되어, 제2 예열기로부터 공급받은 흡습제용액순환수를 증발기로부터 전달된 증발열을 통해 증발시켜 흡습제용액순환수에 포함된 농축액과 기체를 분리시키는 단계(S230)와,
분리탑공급펌프가 구동되어 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 펌핑시켜 제2 예열기로 공급시키는 단계(S240)와,
농축액순환펌프가 구동되어, 분리탑에서 분리된 농축액순환수를 난류형흡수탑쪽으로 펌핑시켜 공급시키는 단계(S250)와,
증발기가 구동되어, 분리탑공급펌프로부터 농축액순환수를 공급받아, 농축액순환수에 포함된 열과 외부 부하기기(스팀헤더)의 남은 열, 그리고, 제2 예열기의 흡습제용액순환수에 포함된 열을 서로 믹싱시켜 온도를 높여서 끓여서 증발시키고, 증발열을 분리탑으로 공급시키는 단계(S260)와,
응축기가 구동되어, 분리탑에서 분리된 기체를 응축시키고, 응축된 열을 기반으로 열교환시켜 난방수공급모듈에서 공급되는 난방수를 기준설정온도로 높여서 난방수공급모듈로 공급시키고, 응축된 응축수를 응축수 저장수조로 배출시키는 단계(S270)와,
응축수 저장수조에 응축기에서 배출되는 응축수를 저장시키는 단계(S280)와,
응축수 유출펌프가 구동되어 응축수 저장수조에 저장된 응축수를 폐수처리집수조로 펌핑시켜 공급시키는 단계(S290)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 굴뚝연돌용 투루프 하이스트사이클을 통한 스마트 폐열회수방법.