KR102023569B1 - 축열식 VOC(Volatile Organic Compound) 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업현장에서 발생하는 각종 악취 또는 휘발성 유기화합물 등이 함유된 유해가스를 연소 및 산화시켜 완벽하게 처리하여 배기하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열조를 사용하여 연소용 연료를 95% 이상 절약하고 더 나아가서 고농도의 휘발성 유기화합물이 함유된 유해가스를 보조 연료를 최소한으로 사용하여 처리하며 이때 남는 열량은 생산 공정 등에 열원(열풍, 열매 보일러 등)으로활용할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소 장치에 있어서, 공장에서 배출되는 휘발성 유기화합물 가스가 유입되는 12개의 구역으로 분획화되고, 상기 12개의 구역 중 5개의 구역은 휘발성 유기화합물이 유입되는 inlet 모드이고, 5개의 구역은 정화된 휘발성 유기화합물이 배출되는 outlet 모드이고, 1개의 구역은 퍼지(purge ) 모드를 구비한 회전자일 수 있다. 이와 같은 회전자의 상측에는 축이 형성되고 상기 축의 외주면으로는 고정자(stator)가 형성되는 데 고정자의 링 형상의 삽입부를 통해서 홈부에 담겨 있는 수분(워터커튼)을 통해서 연결되어 있어서, 상기 휘발성 유기화합물이 상기 축열식 VOC연소장치의 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 고정자의 아래쪽으로는 잘린 원뿔 형상이고, 12개로 구획화된 회전자가 배치되며 상기 휘발성 유기화합물이 유입되는 유입구와 상기 축열체에서 가열되고, 연소실에서 버너의 연소작용으로 연소된 상태에서 배출되는 배출구가 연결된 것일 수 있다.
상기 12개의 구획화된 영역이 회전하여 상기 회전자의 상측에 배치되는 축열체와의 연결상태에 따라 휘발성 유기화합물의 유입, 연소되고 정화된 휘발성 유기화합물의 배출을 수행하며, 상기 휘발성 유기화합물의 유입시에는 상기 고정자와 회전자를 포함하는 분배기에 형성된 홀이 구부러진 ㄱ 자 형상을 이루는 통로를 통해서 이루어지고, 상기 정화된 휘발성 유기화합물의 배출 시에는 상기 분배기의 회전자와 상기 분배기의 회전자의 상측에 배치되는 축열체와의 사이에 일자형 통로를 형성된 통로를 통해서 이루어지는 것일 수 있다.

Description

축열식 VOC(Volatile Organic Compound) 연소장치{THERMAL STORAGE TYPE VOLATILE ORGANIC COMPOUND COMBUSTION APPARATUS}

본 발명은 산업현장에서 발생하는 각종 악취 도는 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound) 등이 함유된 유해 가스를 연소 및 산화시켜 완벽하게 처리하여 배기하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열조를 사용하여 연소용 연료를 95%이상 절약하고, 더 나아가서 고농도의 휘발성 유기화합물(VOC)이 함유된 유해가스를 보조 연료를 최소한으로 사용하여 처리하며, 이때 남는 열량은 생산공정 등에 열원(열풍, 열매 보일러 등)으로 활용할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.

산업현장에서는 다양한 오염물질이 함유된 유해가스가 발생되고 있으며, 이중에서도 조선소와 같은 대규모 도장 및 코팅 공정이 수반되는 분야에서는 휘발성 유기화합물 등이 다량으로 발생하여 대기 중에서 빛과 반응하여 오존이나 알데히트 또는 광화합산화물을 생성함으로서 지구온난화와 같은 환경오염을 유발한다.

휘발성 유기화합물을 이루는 물질은 낮은 농도에서도 자극적이며, 불쾌한 악취를 유발시키는 한편, 호흡기를 통하여 인체 내로 흡수되는 경우 신경계 등의 장애를 일으키며, 이중 일부는 발암 성질을 갖고 있어 최근에는 그 배기 시설에 대한 엄격한 배출규제가 시행 중이다. 예를 들어 도심시설의 경우 법적 허용 배출기준이 40ppm 이하이나 조선, 가구 제조 등의 사업장에서 배기되는 농도는 2,500~4,000ppm정도로 높아 매우 엄격한 처리가 필요한 실정이다.

위와 같은 산업현장에서 발생한 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 처리하기 위하여 고온연소 및 산화처리 장치로서 직접 연소장치와 촉매 연소장치등을 사용하여 왔으며, 최근에는 연료비 절감과 오염물질 제거효율이 우수한 축열식 연소산화장치(R.T.O)가 대표적으로 사용되고 있다.

상기 종래의 축열식 연소산화장치는 연소실 하단부에 축열재가 다수의 축열실을 통하여 유해가스가 유입되도록 하고, 이 과정에서 축열된 열을 이용하여 처리용 유해가스를 예열시켜 처리용 유해가스가 연소실에 도달할 때, 연소온도에 근접한 온도까지 승온(700℃)되도록 하고, 연소 후 처리된 높은 온도(800℃)의 청정가스를 다시 축열실을 통해 배기시키는 과정에서 열을 회수(축열)하며, 최종적으로 배기되는 청정가스의 온도는 저온상태의 급기 가스 온도보다 30~40℃ 높은 정도를 유지한다. 상기와 같은 종래의 축열식 연소산화장치는 처리용 유해가스의 유입 및 처리 후 청정가스의 배기가 분배수단에 의해 교대로 이루어지도록 되어 있다.

이중 대표적인 것이 공개특허 특 2003-11036호에 개시되어 있는 바, 도 1은 축열 연소 산화장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 고정회전판(40)의 상부고정판(41)과 하부고정판(42) 사이에 위치하여 회전하며, 유입 관통부(51)을 구비한 디스크(50)와 이를 회전구동하기 위한 구동수단(70)등을 구비한다. 상기한 종래기술의 수평회전체인 디스크(50)와 상부고정판(41) 및 상부고정판(41) 및 하부고정판(42) 는 모두 금속 재이며, 직경이 3m(용량이 큰 산업용인 경우) 정도에 이르는 대형 구조물이므로 장기간 회전 운전시에 수평회전체인 디스크(50)와 상하부 고정판(41, 42) 사이의 마찰면이 마모로 인하여 누설이 빈번하게 발생하고 있다. 이와 같은 운전 중 누설이 발생하여 처리용 유해가스와 처리 후 청정가스가 1~2% 정도만 섞이는 현상이 발생하더라도 배기기준을 충족하지 못하는 심각한 문제가 대두되므로 수시로 정비보수를 하여야 하나, 이는 비용 부담은 물론 생산설비의 가동에 직접적으로 중대한 지장을 초래하는 매우 큰 문제를 유발할 수 있다.

실제로 초기 가동 시에 오염물질 제거효율8% 수준을 유지하던 것이 가동시간이 경과함에 따라 디스크(50)와 상하부고정판(41, 42) 사이가 급속히 마모되어 불과 수개월내에 오염물질 제거효율이 3%P 이상 저하되어 매년 교체?맑嗤* 해야 하는 문제가 대두되고 있고, 이러한 마모 문제를 해결하기 위하여 디스크와 상하부 고정판의 간격을 여유 있게 할 경우 그 자체로 기밀성이 저하되는 근원적인 한계가 있다.

대한민국 특허공개특허공보 제1020030011036호(축열 연소 산화장치)

본 발명의 목적은, 상기한 종래기술의 문제점을 근원적으로 해결하기 위한 것으로, 분배기의 기본적인 구성인 고정자와 회전자의 연결관계를 좀 더 유연성있게 유지할 수 있으면서 회전체 쪽으로 유입되는 휘발성 유기 화합물의 누출에 따른 폐해를 방지하면서도 축열식 VOC 연소장치의 기능을 극대화할 수 있는 축열식 VOC연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 축열식 VOC 연소장치의 기능을 구현하면서 휘발성 유기화합물의 누출을 방지하면서 휘발성 유기화합물의 처리 효율을 높일 수 있는 축열식 유기화합물 연소방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치에 있어서, 공장에서 배출되는 휘발성 유기 화합물 가스가 유입되는 12개의 구역으로 분획화되고, 상기 12개의 구역 중 5개의 구역은 휘발성 유기 화합물 가스가 유입되는 inlet 모드이고, 5개의 구역은 정화된 휘발성유기화합물 가스가 배출되는 out let 모드이고, 1개의 구역은 회전자가 회전하는 순간 inlet 과 outlet모드에서 생기는 틈으로 휘발성 유기화합물이 누출되지 않도록 하는 purge mod(퍼지 모드)이고, 1개의 구역은 축열체 상부 연소실에서 휘발성 유기화합물과 처리된 가스가 섞이지 않도록 경계를 나누어 주는 dead zone이고, 상측에는 고정자(stator)가 배치되고, 링 형상의 고정자의 하측으로 유입된 수분이 배치되어 회전자와의 사이에서 유입 또는 배출되는 가스의 누출을 방지하고, 상기 고정자의 중심부와 아래쪽으로는 12개로 구획화된 회전자가 배치되며, 상기 휘발성 유기화합물이 유입되는 유입구와 상기 휘발성 유기화합물이 축열체에서 가열되고, 연소실에서 버너에 의해 연소된 상태에서 배출되는 배출구가 연결되며, 상기 12개의 구획화된 영역이 회전하여 상기 회전자의 상측에 배치되는 축열체와의 연결상태에 따라 휘발성 유기화합물의 유입, 연소되고 정화된 휘발성 유기화합물의 배출을 수행하며, 상기 휘발성 유기화합물의 유입 시에는 상기 고정자와 회전자를 포함하는 분배기에 형성된 홀이 구부러진 ㄱ 자형상을 이루고, 상기 정화된 휘발성 유기화합물의 배출 시에는 상기 분배기의 회전자와 상기 분배기의 회전자의 상측에 배치되는 축열체와의 사이에 일자형 통로를 형성하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치는, 공장 등으로부터 출력되어 입력되는 휘발성 유기화합물이 유입되어 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치의 내부에 장착되어 있는 분배기를 포함하되, 상기 분배기는, 12개의 영역으로 분획된 회전자를 포함하고, 상기 12개의 구역으로 분획화된 회전자에 대응하여 상기 회전자의 상측에는 워터커튼을 통해서 회전자와 결합하는 링 형상의 고정자를 포함하고, 회전자의 상측으로는 상기 회전자의 일측을 통해서 유입되는 휘발성 유기화합물이 상기 회전자를 통과하여 상기 휘발성 유기화합물을 가열할 수 있는 세라믹 재질의 축열체가 형성되고, 상기 축열체의 상측으로는 상기 휘발성 유기화합물이 연소될 수 있는 연소실이 형성될 수 있다. 상기 연소실에는 버너가 배치되어 있어서 상기 버너를 통해서 화염을 공급하여 휘발성 유기화합물의 연소작용을 유도할 수 있다. 이와 같이 연소되는 VOC(휘발성 유기화합물)은 끓는 점이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 총체적으로 가리키는 개념으로서, 산업체에서 많이 사용되는 용매에서 화학적인 물질을 취급하는 공장이나 제약 공장이나 플라스틱 건조 공장에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하게 형성될 수 있다. 다시 부연 설명하면, 상기 휘발성유기화합물은 끓는 점이 낮은 액체 연료, 파라핀, 올레핀, 방향족 화합물, 등 생활주변에서 흔히 사용되는 탄화 수소 류가 이에 해당될 수 있다.

이와 같은 휘발성 유기화합물은 대기 중에서 질소산화물(NOx라고 한다.)과 함께 광화학 반응으로 오존 등 광화학 산화제를 생성하여 광화학 스모그를 유발하기도 한다. 이러한 휘발성 유기화합물 중 벤젠과 같은 물질은 발암물질로서, 인체에 매우 유해하며, 스티렌을 포함하여 대부분의 휘발성 유기화합물은 악취를 유발시키는 물질로도 분류할 수 있다.

이와 같이 휘발성 유기 화합물이 연소되어 정제과정을 거치게 되면 일자형상을 가지고 있는 분배기의 회전자의 아래쪽에 형성되어 있는 배기구를 통해서 외부로 배출될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 VOC연소장치를 이용한 휘발성 유기화합물의 정제방법은, 공장에서 배출되는 배기가스가 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치의 일측에 설치된 유입구를 통해서 유입되는 과정이 진행될 수 있다(s110). 물론 이전에 상기 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치는, 이미 수회 이상 가동된 상황일 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 VOC연소장치에 장착되어 있는 고정자로서 장착되어 있는 링 형상의 고정자는 회전자의 상측면에 형성된 외주면에 형성된 홈부에 배치된 물과의 결합을 통하여 외기의 누출을 방지할 수 있는 구조로 형성된 상황일 수 있다.

이와 같이 형성된 축열식 VOC 연소장치 쪽으로 유입된 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스는, 회전자를 통과하고, 회전자 상측에 형성된 축열체를 통과할 수 있다. 이와 같이 이미 축열체에는 다량의 열을 함유하고 있는 상황이기 때문에 상기 축열체를 지나가는 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 연료의 소비없이 가열시키는 공정이 진행될 수 있다. 이 때 유해가스의 상승온도는 약 700-800℃ 정도까지 상승할 수 있다(s120). 상기 축열체의 상부로는 연소실이 배치될 수 있다. 연소실에 유입된 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스는, 버너에 의해서 연소되는 과정이 진행될 수 있다. 전술한 바와 같이 휘발성 유기화합물은 끓는 점이 100℃ 이하 정도의 물질들이기 때문에 버너에 의해 쉽게 연소작용이 발생할 수 있다(s130). 이는 일종의 휘발성 유기화합물에 대한 정제작용이라고 볼 수 있다(s140).

이와 같이 연소작용을 통해서 무해한 물질로 변형된 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound)는 축열체를 통과하면서 가열된 상태에서 냉각되는 과정을 거칠 수 있다(s150). 이와 같이 휘발성 유기화합물은 유해한 성분을 소각시켜서 없앤 상태로 변형된 상태에서 배출구를 통해서 외부로 배출되는 과정이 진행될 수 있다(s160).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분배기는 상기 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스의 처리를 위하여 12개의 영역으로 분획되고, 상기 분배기의 일측에 형성된 회전체의 하측에 형성된 구동 수단에 의하여 회전하면서 상기 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 축열체, 연소실로 이동시키고, 연소실에 형성되어 있는 버너를 통해서 상기 휘발성 유기화합물을 고온에서 가열하여 소각시키고, 상기 소각된 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스를 순차적으로 분배기로 이동시키되, 상기 고정자와 회전 자 사이에 형성된 워터 커튼을 통해서 상기 휘발성 유기화합물의 외부 유출을 최소화할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전수단인 회전자와 이에 대한 지탱수단이라고 볼 수 있는 고정자 사이에 수분이라고 하는 유연한 수단을 장착시키는 방법을 통해서 유해성이 상실되지 않은 상태에서 외부로 누출되어 인간들에게 줄 수 있는 피해를 최소화하면서도 연소실 내에 배치되는 버너 등의 보조 수단을 사용하는 방법으로 유해한 휘발성 유기화합물을 쉽게 연소시켜 무해한 상태로 변형시킬 수 있는 수단을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존에 설치 운영하던 회전자와 고정자가 결합하여 운영하던 분배기의 구조를 개선하여 12개의 영역별로 서로 다른 기능을 수행할 수 있도록 기능 부여를 수행함으로써 각각의 용도에 맞게 적합한 운영을 도모하여 운영의 효율화를 도모할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 축열 연소 산화장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 전체의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치의 분배기 중 회전자의 구성을 모식적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치 중 분배기의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 연소장치 중 고정자(stator)와 회전자(rotor)의 연결 지점에 형성된 워터커튼(A로 명기)의 배치상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 처리방법의 순서를 보여주는 절차도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관련없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 연소장치의 구성에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 연소장치(100)의 구성을 보여주는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 축열식 휘발성 유기화합물의 연소장치는, 휘발성 유기화합물(VOC)가 유입되는 유입구(150), 상기 유입구(150)를 통해서 유입된 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스가 지나가는 경로가 형성되어 있는 분배기(300)를 포함할 수 있다.

상기 분배기(300)와 축열체(120) 사이에는 축열체(120) 쪽으로 또는 축열체(120)로부터 유입되는 공기를 유도하기 위한 축열체 확장부(122)를 포함할 수 있다.

축열체 확장부(122)는 축열체(120)의 분배방식과 동일한 분배 형식을 이루되, 직경이 좁아지는 원통형의 형태로 형성될 수 있다.

상기 분배기(300)는 축열체 확장부(122)의 하측에 형성되어 있는 회전자(140)와 워터 커튼(135)을 통해서 연결되고 링 형상으로 형성된 고정자(stator)(130)을 포함할 수 있다.

상기 회전자(140)는 12개의 영역으로 분획화된 상태일 수 있다. 상기 회전자(140)의 일측에는 VOC유입구(150)가 형성되고, 타측에는 정제된 VOC가스의 배출구(160)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 유입구(150)와 배출구(160)는 회전자(140)의 회전상태에 따라 고정되어 있는 축열체(120)를 통해서 휘발성유기화합물을 연소실(110) 쪽으로 공급하거나 연소실(110)로부터 정제된 가스를 공급받아 외부로 배출할 수 있도록 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치의 분배기 중 회전자의 구성을 보여주는 평면도이다.

도 3을 참조하면, 모드(mod) 별로 5개의 inlet mod, 5개의 outlet mod를 포함하고, 상기 10개의 모드 사이에 퍼지 모드(축열체(120)에 들어있는 잔여 VOC 가스를 연소실(110) 쪽으로 공급할 수 있도록 홈(미도시)을 통해서 퍼지 가스를 공급하는모드 )와 Dead Zone 모드(축열체(120) 쪽으로 공급되는 VOC가스와 정제된 VOC가스가 섞이지 않도록 inlet 모드와 outlet 모드의 경계를 나누어 주는 영역)의 12개의 구획으로 분획된 형상일 수 있다.

휘발성 유기화합물의 경로에 따른 이동에 따라 유입구(150)를 통해서 유입된 휘발성 유기화합물(VOC)가 유입되어 고온의 상태로 유지되어 있는 축열체(120)로부터 가열되어 연소실(110)로 이동되어 연소되는 과정이 진행될 수 있도록 배치되어있는 상태일 수 있다. 이때 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스는 상측으로 이동되는 과정이 진행될 수 있다.

이때 회전자(140)의 회전 상황에 따라 상기 연소실(110)에서 연소되어 정제된 VOC가스가 축열체(120)를 통과하고 난 뒤, 회전자(140)에 형성되어 있는 배출구(160)를 통해서 배출되는 과정도 진행될 수 있다.

상기 축열체(120)는 세라믹 재질로 형성된 것으로서, 1350℃의 온도까지 열변형이 발생하지 않는 가열 또는 방열 수단일 수 있다.

이와 같은 축열체(120)는 하측에 형성되어 있는 회전자(140)의 구성에 맞추어 12개의 영역으로 분획화되어 있고 각각의 역할도 회전자(140)와 동일하게 방열기능(주로 하측에서 유입되는 가스에 대하여 가열하는 역할을 수행하여 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스를 예열하여 고온 상태의 가스(약 700-800℃)의 고온 상태의 가스로 만들어주는 역할을 수행할 수 있다.)

세라믹은 재질상 단열성능이 우수하기 때문에 외부와의 열교환 작용을 수행하지 않고 보존하고 있던 열을 이용하여 유입되는 가스를 가열하거나 연소실(110)에서 연소되어 뜨거워진 상태의 정제 가스를 공급받아 재가열되는 역할을 수행할 수 있다.

이런 측면에서 축열식 휘발성 유기화합물의 연소장치(100)는 RTO(Regenerative Thermal Oxydizer)의 역할을 수핸한다고 볼 수 있다.

이와 같이 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compound)가 다량 포함된 유해가스는 무색, 무취하게 정화하여 대기 중으로 방출되어야 한다.

RTO는 세라믹 재질의 축열체(120)가 교대로 가열되고 냉각되는 열재생 원리를 이용한 것으로 오염물질을 다량 함유하고 있는 유해가스가 축열체(120) 쪽으로 공급될 때에는 세라믹 재질의 축열체(120)로부터 열을 흡수하여 연소에 필요한 온도까지 상승될 수 있으며, 연소실(110)에 배치되어 있는 버너를 통해서 연소되는 과정이 진행될 수 있다.

연소실(110)은 산화 또는 연소반응이 일어나는 장소로서 화학식 1과 같은 반응이 일어날 수 있는 장소일 수 있다.

[화학식 1]

VOC(C, H) ＋ O2 → CO2 ＋ H2O ＋반응열(축열)

화학식 1에서 VOC(휘발성 유기화합물)에 대한 반응은 750-850℃의 온도에서 발생할 수 있는 연소 또는 산화반응일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치(100)에서는 이와 같이 연소과정을 통해서 발생된 열을 축열하였다고 유입되어 상승되는 유해가스를 가열할 수 있고 상기 연소과정을 통해서 방출되는 열을 저장하였다가(저장과정은 연소과정을 통해서 방출되는 열이 연소실(110) 하측에 배치되어 있는 축열체(120)를 통한 열전달(heat transfer)과정을 통한 과정일 수 있다.)

이와 같은 작용이 원할하게 진행될 수 있도록 회전자(140)의 하측에는 구동수단(170)이 형성될 수 있다.

상기 구동수단(170)은 회전자(rotor)를 회전시키기 위한 구성으로서, 회전자(140)의 회전 상태에 따라 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 축열체(120)를 통해서 연소실(110)로 상승시키는 작용을 수행하거나 연소실(110)에서 연소된 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스에 대한 연소작용을 거친 가스를 회전자(140)의 하측에 형성된 배출구(160)를 통하여 배출시키는 작용을 순차적으로 수행할 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 구동수단(170)은 회전력을 주는 형태에 따라 벨트(belt) 또는 체인 등과 연결되어 있는 모터일 수 있다. 이때 속도의 조절을 위해서 인버터(inverter)로 운전되는 기어형 모터(geared motor) 또는 감속기를 포함할 수 있다.

회전자(140)는 연속 운전( continuous driving)이 아닌 indexing 운전을 수행할 수 있다.

Indexing 운전이란 1/12씩 운전과 정지를 반복하여 운전하는 방식을 말한다.

그리고 12번의 운전 중에 purge(퍼지 모드)를 포함하고 있어서 확실한 퍼지 기능을 수행할 수 있도록 구성되어 있다. 퍼지 기능은 전술한 바와 같이 축열체(120)에 남아 있던 VOC(휘발성 유기화합물) 가스를 연소실(110)로 공급하여 축열체(120)에 남아 있는 잔여가스의 제거 기능이다.

이러한 회전자(rotor)의 회전수는 인버터의 결합 형태에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 구동 5초와 정지 15초 등으로 구성되어 전체적인 동작의 조화를 도모할 수 있도록 구성될 수 있다.

이러한 회전자( rotor)의 rpm(round per minute)는 0.15~0.25rpm일 수 있다.

고정자(stator) 와 회전자( rotor) 사이의 가스 누출을 최소화하기 위해서, 접촉부위에는 워터 커튼(135)이 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치 중 분배기의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 고정자(130)의 내부와 하측에는 회전자(140)가 배치되고, 회전자(140)의 정면 앞으로 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스가 유입될 수 있는 유입구(150)가 형성될 수 있다. 상기 유입구(150)로 들어오는 휘발성유기화합물을 포함하는 유해가스는 회전자(140)의 내측에 형성되어 있는 ㄱ자형상의 통로를 통해서 축12개로 구획화된 축열체(120)을 지나갈 수 있다. 이와 같은 과정을 통해서 상기 유해가스는 가열되고 연소되는 과정을 거치고 난 후 다시 연소실(110)로부터 하측으로 배열되어 있는 축열체(120) 를 지나서 회전자(140) 내부에 아래쪽으로 일자형으로 형성된 통로를 통해서 배출구(160) 쪽으로 이동될 수 있다.

이때 중요한 문제 중의 하나가 상기 유해가스의 이동중에 가스의 누설(leakage)가 발생하지 않는 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 연소장치 중 고정자(stator)와 회전자(rotor)의 연결 지점에 형성된 워터커튼의 배치상태를 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터 커튼(135)은 삽입부(136)을 통해서 밀페된 영역('C' 영역으로 명기)에 가득 차 있는 휘발성 유기화합물(VOC)가 외부('D' 영역으로 명기)로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

특히 상기 'C” 영역(빗금으로 표기)은 밀봉(seal)된 상태이기 때문에 외부 쪽으로 누출되기 위해서는 상기 'C'영역에 형성되어 있는 VOC가 원주 형상으로 이루어진 상기 삽입부(136)에 걸려서 외부로 나갈 수 없다. 또한 VOC가 외부로 나가기 위해서는, 워터커튼이라고 칭한 홈부(용기 모양으로 형성된)(133)에 담겨 있는 물(135)_워터커튼_을 통한 용해 과정과 증발과정을 거치고 난 뒤에 외부인 'D'영역으로 배출될 수 있는 특징을 갖는다. 즉 화살표로 명기된 바와 같이, VOC는 물에 용해되고 나서 외부로 증발이라는 과정을 통해서 외부(D)로 유출되기 때문에 상기 VOC는 밀폐된 영역(C)에 갇힌 상태가 되고 본원발명의 입장에서는 VOC의 누출을 방지할 수 있는 효과를 얻게 된다.

특히 본원 발명의 일 구성요소인 홈부(133)는 회전자(140)의 구동수단(170)과 연결되어 있어서, 같이 회전하는 영역이지만 상기 홈부(133)의 상측에 형성된 삽입부(136)는 고정자(130)에 고정되어 있는 상황과 차이가 난다고 할 수 있다.

즉 본원 발명은 선행기술들과 다르게 회전에 따른 마찰의 문제가 전혀 발생하지 않는다.

이와 같이 형성된 워터커튼(135)와 닿고 있는 고정자(130)의 삽입부(136) 사이에는, 수분을 통한 접촉이 이루어지기 때문에 자유로운 회전이 가능할 수 있다.

물론 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전방식은 연속 회전 뿐만이 아니라, indexing 운전방식도 가능하기 때문에 단속적으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 공정에서 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스의 이동은 송풍기(미도시)에 의해 진행될 수 있고 회전자(140)의 불연속적인 또는 연속적인 회전 공정은 인버터에 의해 운전되는 감속기 또는 기어형 모터( geared motor)에 의해 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 처리방법의 순서를 보여주는 절차도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 휘발성 유기화합물의 처리 공정은, 공장에서 배출되는 휘발성 유기화합물을 포함하는 배기가스가 축열식VOC 연소장치(100)로 유입되는 단계(s110)가 진행될 수 있다. 이와 같은 과정의 원할한 진행을 위하여 회전자(140) 내부에는 유해가스인 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스가 통과하는 통로와 상기 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스가 연소과정을 통해서 외부로 배출되는 경로가 별개의 경로로 형성된 것일 수 있다.

유입된 유해가스는 회전자(140)을 통과하면서 회전자(140)와 직접적으로 연결되어잇는 축열체 확장부(122)를 통해서 축열체(120)로 공급될 수 있다. 축열체(120)에는 세라믹 재질의 열 저장고가 배차되어 있어서 상기 유해가스에 대한 가열과정이 진행될 수 있다. 특히 세라믹 재질의 축열체(120)는 단열 성능도 우수하기 때문에 외부에 열을 빼앗기는 일이 발생하지 않고, 내부로 통과하는 유해 가스에 대한 승온 과정이 진행될 수 있다(S120).

이렇게 가열된 가스는 700-800℃로 상승될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해서 가열된 가스는 연소되기 직전의 상태일 수 있다.

축열체(120)를 통해서 가열된 유해가스는, 연소실(110)로 공급되어 가열 연소 되는 작용이 화학식 1과 같은 반응에 의해서 이루어질 수 있다(s130).

이왁 같은과정을통해서 가열된 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스는 연소과정을 통해서 소가되는 작업이 이루어지고 수분 또는 물로 변형될 수 있다.

이와 같이 수분과 이산화탄소로 변형된 가스는 정제된 상태 또는 변형된 상태라고 할 수 있다(s140).

이와 같은 이산화탄소와 수증기를 포함하는 가스는 축열체(1200에 가열 연소된 열을 전달하고, 회전자(140)의 회전작용에 의해 적합한 주기에 맞추어 외부의 배출구(160)를 통해서 배출될 수 있다(s150. S160).

이와 같이 이산화탄소와 수증기로 변형된 가스는 인체에 유해한 성분은 퍼지기를 통해서 배출되고 빠지는 과정을 통해서 소거된 상태이기 때문에 안정된 가스만 배출되는 상황이라고 할 수 있다.

상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 축열식 VOC 연소장치 110: 연소실
120: 축열체 130: 고정자(링 형상)
132: 축 140: 회전자
150: 유입구 160: 배출구
170: 구동장치

Claims (4)

1. 축열식 휘발성 유기화합물 연소장치용 분배기에 있어서,
   공장에서 배출되는 휘발성 유기 화합물 가스가 유입되는 12개의 구역으로 분획화되고,
   상기 12개의 구역 중 5개의 구역은 휘발성 유기 화합물 가스가 유입되는 inlet 모드이고,
   5개의 구역은 정화된 휘발성유기화합물 가스가 배출되는 out let 모드이고,
   1개의 구역은 회전자가 회전하는 순간 inlet과 outlet모드에서 생기는 틈으로 축열체에 저장된 휘발성 유기화합물이 연소실로 공급되도록 퍼지가스를 공급하는 purge mod(퍼지 모드)이고,
   1개의 구역은 축열체 상부 연소실에서 휘발성 유기화합물과 처리돈 가스가 섞이지 않도록 경계를 나누어주는 dead zone(데드존) 모드인 회전자(rotor)이고,
   상측에는 고정자(stator)가 배치되고, 링 형상의 고정자의 하측으로 유입된 수분이 배치되어 워터커튼을 형성하여 회전자(rotor)와의 사이에서 유입 또는 배출되는 가스의 누출을 방지하고,
   상기 휘발성 유기화합물이 유입되는 유입구와 상기 휘발성 유기화합물이 축열체에서 가열되고, 연소실에서 버너에 의해 연소된 상태에서 배출되는 배출구가 연결되며, 상기 12개의 구획화된 영역이 회전하여 상기 회전자의 상측에 배치되는 축열체와의 연결상태에 따라 휘발성 유기화합물의 유입, 연소되고 정화된 휘발성 유기화합물의 배출을 수행하되,
   상기 워터커튼은 회전자의 상부에 형성된 홈부에 형성되고, 상기 고정자의 하부에는 수분을 통한 접촉이 이루어지도록 워터커튼과 닿고 있는 삽입부가 형성되어 고정자와 회전자는 마찰 문제가 전혀 발생되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   축열식 VOC 연소장치용 분배기.
2. 축열식 VOC 연소장치용 분배기;
   상기 축열식 VOC 연소장치용 분배기는,
   공장에서 배출되는 휘발성 유기화합물가스가 유입되는 12개의 구역으로 분획화되고,
   상기 12개의 구역으로 분획회된 회전자에 대응하여,
   상기 회전자의 상측에는 워터커튼을 통해서 회전자와 결합하는 링 형상의 고정자가 형성되고,
   상기 회전자의 일측을 통해서 유입되는 휘발성 유기화합물이 통과하여 상기 휘발성 유기화합물을 가열할 수 있는 축열체가 형성되고,
   상기 축열체의 상측으로는 버너가 형성되어 있는 연소실이 배치되어 있어서,
   상기 휘발성 유기화합물이 연소되어 정제된 상태의 가스로 변화되고, 상기 정제된 휘발성 유기화합물은 상기 연소실에서 정제과정을 거친 후에 상기 축열체의 일측을 통과하여 보유하고 있는 열을 축열체로 전달하고,
   회전자에 형성되어 있는 배출구를 통해서 외부로 배출되되,
   상기 워터커튼은 회전자의 상부에 형성된 홈부에 형성되고, 상기 고정자의 하부에는 수분을 통한 접촉이 이루어지도록 워터커튼과 닿고 있는 삽입부가 형성되어 고정자와 회전자는 마찰 문제가 전혀 발생되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   축열식 VOC 연소장치.
3. 축열식 VOC 연소장치를 이용한 VOC 가스의 정제방법에 있어서,
   (1) 공장에서 배출된 VOC 함유 배기가스는 송풍기에 의해 RTO의 분배기의 측면에 형성된 유입구로 유입되는 단계(s110);
   (2) RTO의 분배기로 유입된 VOC 함유가스는 축열체를 통과하면서 이전 과정에서 축열되어 있던 열을 흡수하여 축열체를 통과하면 연료없이 고온으로 승온되는 단계(s120);
   (3) 상기 VOC 함유 가스가 연소실로 진입하여 버너에 의해 가열되는 단계(s130);
   (4) 상기 VOC가 연소실의 버너에 의해서 산화 및 소각되어 무해한 상태로 변환되는 단계(s140)';
   (5) 상기 무해한 상태로 변환된 휘발성 유기화합물을 축열체 및 분배기를 통해서 이동시키는 단계(s150); 및
   (6) 상기 휘발성 유기화합물이 제거된 가스를 상기 분배기의 하측에 형성된 배출구를 통해서 외부로 배출되는 단계(s160);를 포함하되,
   상기 분배기는 상기 유입구 및 상기 배출구와 연결되어 시간 간격에 맞추어 상기 VOC 함유 가스에 대한 유입, 정제 및 배출 과정을 수행하되,
   상기 분배기는 상기 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스의 처리를 위하여 12개의 영역으로 분획되고,
   상기 분배기의 일측에 형성된 회전체의 하측에 형성된 구동 수단에 의하여 회전하면서 상기 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 축열체, 연소실로 이동시키고, 연소실에 형성되어 있는 버너를 통해서 상기 휘발성 유기화합물을 고온에서 가열하여 소각시키고,
   상기 소각된 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스를 순차적으로 분배기로 이동시키되, 고정자와 회전자 사이에 형성된 워터커튼을 통해서 상기 휘발성 유기화합물의 외부 유출을 최소화시키되,
   상기 워터커튼은 회전자의 상부에 형성된 홈부에 형성되고, 상기 고정자의 하부에는 수분을 통한 접촉이 이루어지도록 워터커튼과 닿고 있는 삽입부가 형성되어 고정자와 회전자는 마찰 문제가 전혀 발생되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   축열식 VOC 연소장치를 이용한 VOC의 정제방법.
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