KR102306940B1 - 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치에 관한 것으로써, 휘발성유기화합물질을 연소시키기 위한 챔버의 승온 및 온도 유지가 가능한 화염연소장치에 관한 것이다. 본 발명은 휘발성유기화합물질(VOC)을 처리하기 위한 공기가 경유하는 하우징; 하우징에 설치되어 하우징의 내부로 상기 공기가 유입되는 공기유입관; VOC가 내부로 유입되는 챔버와 하우징 간에 설치되고, 하우징의 내부를 유동하는 공기가 유입되어 VOC를 처리하기 위한 화염이 형성되는 화염발생관; 및 하우징 또는 화염발생관에 설치되어 화염을 형성하기 위한 연료가 유입되는 연료유동관을 포함할 수 있다.

Description

휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치{VOC INCINERATION APPARATUS}

본 발명은 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치에 관한 것으로써, 휘발성유기화합물질을 연소시키기 위한 챔버의 승온 및 온도 유지가 가능한 화염연소장치에 관한 것이다.

일반적으로, 휘발성유기화합물질(VOC)은 20℃에서 0.01kPa 이상의 증기압을 갖는 물질을 말하는 것으로, 태양광선을 받아 질소산화물과 반응하여 광화학 옥시던트를 생성하여 산림을 고사시키고, 암 등을 유발하여 인체에 상당한 피해를 주며, 지구온난화와 오존층의 파괴 등 지구 환경에 나쁜 영향을 끼치는 유해 물질이다.

이러한 VOC를 효율적으로 처리하기 위해 연소방식이 수행될 수 있으며, 이를 위해 챔버의 내부에 유입되는 VOC가 자연발화될 수 있도록 챔버의 내부를 약 800℃까지 승온시켜고, 나아가 승온 후 챔버의 내부온도를 유지할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 휘발성유기화합물질을 연소시키기 위한 챔버의 승온 및 온도 유지가 가능한 화염연소장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 휘발성유기화합물질(VOC)을 처리하기 위한 공기가 경유하는 하우징; 하우징에 설치되어 하우징의 내부로 상기 공기가 유입되는 공기유입관; VOC가 내부로 유입되는 챔버와 하우징 간에 설치되고, 하우징의 내부를 유동하는 공기가 유입되어 VOC를 처리하기 위한 화염이 형성되는 화염발생관; 및 하우징 또는 화염발생관에 설치되어 화염을 형성하기 위한 연료가 유입되는 연료유동관을 포함할 수 있다.

본 발명은 하우징에 설치되고, 화염을 형성하기 위해 연료, 또는 연료와 공기가 혼합된 혼합가스를 점화하는 점화장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 하우징에 설치되되, 일측 단부가 연료유동관을 관통하여 연료유동관의 내부에 배치되고, 점화를 위한 점화가스가 유입되는 점화가스유동관을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 연료유동관의 단부에 설치되어 화염이 형성되는 화염소켓을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 연료유동관은 챔버의 내부온도를 기설정값만큼 승온시키기 위한 1차연료가 유입되는 1차연료유동관; 및 승온 이후 챔버의 내부온도를 기설정값으로 유지시키기 위한 2차연료가 유입되는 2차연료유동관을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치는 챔버에 설치되는 1차연료유동관을 통해 챔버의 내부로 화염이 형성되어 적정 VOC 연소 가능 온도로 승온 및 유지될 수 있어 챔버의 내부로 유입되는 VOC함유가스를 용이하게 연소시켜줄 수 있다.

또한, 연료유동관이 1차연료유동관과 2차연료유동관으로 구분하여, 승온완료 후 내부온도유지 시 챔버의 승온을 위해 공급되는 1차연료의 양보다 챔버의 내부온도유지를 위해 공급되는 2차연료의 양을 적게 할 수 있고, 2차연료유동관으로 연소 시 별도의 연소용 공기없이 VOC를 포함한 공기중에 산소를 이용하여 연소가 가능하기에 연료비 절감효과를 얻을 수 있다.

또한, 2차연료유동관으로 챔버의 내부 온도 유지 시, 추가 공기의 공급없이 2차연료와, VOC를 포함한 공기중에 산소를 이용하여 연소를 진행함으로써 화염형성없이 연소가 가능하기에 Thermal NOx 발생을 줄여 질소산화물의 추가 발생을 억제할 수 있다.

도 1,2는 순차적으로 본 발명의 제1실시예에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 블록도, 개략도이다.
도 3a,b는 순차적으로 도 2에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 좌측면도, 우측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치가 챔버에 설치된 상태를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 개략도이다.
도 6a,b는 순차적으로 도 5에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 좌측면도, 우측면도이다.
도 7,8은 도 5에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치가 챔버에 설치된 상태를 나타내는 도로서, 순차적으로 챔버의 내부 승온 시 형성되는 화염, 챔버의 내부온도 유지 시 형성되는 화염을 나타낸다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치에 대하여 설명하도록 한다.

도 1,2는 순차적으로 본 발명의 제1실시예에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 블록도, 개략도이고, 도 3a,b는 순차적으로 도 2에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 좌측면도, 우측면도이다.

그리고, 도 4는 도 2에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치가 챔버에 설치된 상태를 나타내는 도이다.

휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치(100, 이하, '화염연소장치'라 함)는 휘발성유기화합물질(VOC)을 처리하기 위한 공기가 경유하는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)에 설치되어 상기 하우징(110)의 내부로 공기가 유입되는 공기유입관(120)을 포함할 수 있다.

그리고, VOC가 내부로 유입되는 챔버(10, 도 4 도시)와 상기 하우징(110) 간에 설치되고, 상기 하우징(110)의 내부를 유동하는 공기가 유입되어 VOC를 처리하기 위한 화염이 형성되는 화염발생관(130)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 하우징(110)에 설치되어 화염을 형성하기 위한 연료가 유입되는 연료유동관(140)을 포함할 수 있다.

도면 상에 도시되어 있지 않지만, 상기 챔버(10)는 VOC가 유입되는 VOC유입관이 형성되고, VOC가 연소되어 발생한 배기가스가 외부로 유출되는 배기가스 유출관이 형성되며, 상기 화염발생관(130)은 상기 챔버(10)의 일측면을 관통하여 상기 챔버(10)에 설치된다.

즉, 상기 챔버(10)에 상기 화염연소장치(100)가 설치되고, 상기 화염연소장치(100)를 통해 상기 챔버(10)의 내부로 화염이 형성되어 상기 챔버(10)의 내부로 유입되는 VOC가 연소될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 하우징(110)은 일측이 개방되고 타측이 폐쇄되며 내부가 빈 육면체 또는 도면 상에 도시된 바와 같이 원기둥 형태의 구조로 형성될 수 있다.

상기 산소를 포함한 공기유입관(120)은 상기 하우징(110)과 연통되도록 상기 하우징(110)의 외주면에 설치될 수 있고, 상기 화염발생관(130)은 상기 공기유입관(120)의 수직방향으로 상기 하우징(110)의 일측에 설치될 수 있다.

상기 연료유동관(140)은 상기 하우징(110)의 타측면을 관통하여 상기 하우징(110)에 설치되며, 연료는 LNG 및 LPG 등과 같은 가스가 사용될 수 있고 상기 연료유동관(140)에서 유출되어 상기 하우징(110)의 내부를 유동하는 공기와 혼합되어 혼합가스가 생성될 수 있다.

상기 화염연소장치(100)는 상기 하우징(110)에 설치되고, 화염을 형성하기 위해 연료 또는 혼합가스를 점화하는 점화장치(150)를 더 포함할 수 있다.

상기 점화장치(150)는 스파크에 의한 점화방식으로서, 단부에 스파크발생부(151)가 형성될 수 있으며, 상기 하우징(110)의 타측면을 관통하여 상기 하우징(110)에 설치되며 상기 스파크발생부(151)가 상기 연료유동관(140)의 단부에 배치될 수 있다.

상기 화염연소장치(100)는 상기 하우징(110)에 설치되되, 일측 단부가 상기 연료유동관(140)을 관통하여 상기 연료유동관(140)의 내부에 배치되고, 점화를 위한 점화가스가 유입되는 점화가스유동관(152)을 더 포함할 수 있다.

점화가스도 연료가 같은 가스가 사용될 수 있으며, 상기 점화가스유동관(152)은 상기 연료유동관(140)보다 직경이 작게 형성되어 소량의 점화가스를 통해 점화가 이루어질 수 있어 연료비 절감 및 점화의 안정성을 확보할 수 있다.

초기 점화가 이루어진 후, 상기 연료유동관(140)에서 유출되는 연료를 통해 화염이 형성될 수 있다.

상기 화염연소장치(100)는 상기 연료유동관(140)의 단부에 설치되어 화염이 형성되는 화염소켓(160)을 더 포함할 수 있다.

상기 화염소켓(160)은 원기둥 형태로서, 일측이 개방되고 타측이 상기 연료유동관(140)의 단부와 스파크발생부(151)에 관통되어 설치될 수 있다.

상기 연료유동관(140)의 단부와 상기 화염소켓(160)의 측면은 복수 개의 통공(161)이 형성되고, 상기 통공(161)을 통해 상기 하우징(110)의 내부를 유동하는 공기가 유입되어 연료와의 혼합이 이루어져 상기 화염소켓(160)의 내부에서 안정적으로 점화되어 화염이 형성될 수 있다.

상기 화염연소장치(100)는 상기 하우징(110)의 내주면에 설치되어 상기 연료유동관(140)의 단부에 관통되는 지지플레이트(113)를 더 포함할 수 있으며, 상기 지지플레이트(113)를 통해 불특정 외력에 의한 상기 연료유동관(140)의 요동이 방지될 수 있다.

상기 하우징(110)의 타측면은 상기 점화장치(150)가 거치되는 점화장치소켓(111)과, 상기 하우징(110)의 내부를 확인할 수 있도록 글래스소켓(112)이 설치될 수 있다.

상기 화염연소장치(100)는 상기 챔버(10)의 온도를 측정하는 온도센서(170)와, 상기 온도센서(170)의 측정값에 기초하여 상기 점화가스유동관(152), 공기유입관(120) 및 연료유동관(140)에 설치되는 밸브의 개폐량 또는 상기 점화장치(150)의 구동을 선택적으로 조절하는 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 제어부(180)는 상기 온도센서(170)의 측정값과 기설정값을 비교하여 상기 점화장치(150)를 구동하거나, 상기 밸브의 개폐량을 조절하여 공기와 연료의 유입량을 조절할 수 있다.

상기 챔버(10)의 내부가 약 800℃까지 승온되면, VOC는 자연발화되어 연소가 진행될 수 있으므로, 상기 기설정값은 약 800℃로 설정되거나 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있다.

상기 챔버(10)의 내부를 승온시키기 위해, 우선 상기 제어부(180)가 상기 점화가스유동관 측 밸브를 개방하고 상기 점화장치(150)를 구동하여 점화를 수행한다.

화염이 검출된 이후, 상기 점화가스유동관 측 밸브를 폐쇄하고, 상기 측정값과 기설정값이 일치할 때까지 상기 공기유입관과 연료유동관 측 밸브를 개방하여 혼합가스를 생성하고, 도 4에 도시된 바와 같이 화염이 형성된다.

이후, 상기 측정값과 기설정값이 일치 시, 상기 제어부(180)가 상기 공기유입관과 연료유동관 측 밸브의 개방량을 줄여 최소화한다.

이후, 상기 측정값이 기설정값보다 낮을 경우, 전술된 점화단계부터 수행될 수 있다.

이하, 도 5 내지 8을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치에 대하여 설명하도록 하며, 본 발명의 제1실시예에 중복되는 구성의 설명은 생략하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 개략도이고, 도 6a,b는 순차적으로 도 5에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치의 좌측면도, 우측면도이다.

그리고, 도 7,8은 도 5에 도시된 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치가 챔버에 설치된 상태를 나타내는 도로서, 순차적으로 챔버의 내부 승온 시 형성되는 화염, 챔버의 내부온도 유지 시 형성되는 화염을 나타낸다.

전술된 제1실시예의 화염연소장치(100)는 상기 챔버(10)의 내부온도 유지를 위해 수시로 가동해야 하는데 화염을 형성하면서 연소하기 위해서는 연료만 공급하는게 아니라 별도 연소용 공기가 공급되기에 이로 인해 연료비 소모가 많이 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해, 본 발명의 제2실시예의 화염연소장치(100')는 상기 연료유동관(140)이 이중으로 이루어지며, 하나는 승온용으로 다른 하나는 온도 유지용으로 활용하여 제1실시예의 화염연소장치(100)보다 연료비 절감효과를 얻을 수 있다.

도 5 내지 8를 참조하면, 상기 연료유동관(140)은 상기 챔버(10)의 내부온도를 상기 기설정값만큼 승온시키기 위한 1차연료가 유입되는 1차연료유동관(141)과, 승온 이후 상기 챔버(10)의 내부온도를 상기 기설정값으로 유지시키기 위한 2차연료가 유입되는 2차연료유동관(142)을 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 1차연료유동관(141)은 전술된 제1실시예의 연료유동관(140)이며, 상기 2차연료유동관(142)은 상기 하우징(110)과 연통되도록 상기 하우징(110)의 외주면에 설치된다.

상기 화염연소장치(100)는 상기 하우징(110)의 둘레를 따라 상기 하우징(110)의 내주면에 형성되어 상기 2차연료유동관(142)과 상호 연통하는 제1유로(143)가 형성되고, 상기 제1유로(143)와 챔버(10)의 내부가 연통되도록 상기 화염발생관(130)의 둘레를 따라 상기 화염발생관(130)의 내주면에 복수 개의 제2유로(144)가 상호 일정 간격 이격되어 형성될 수 있다.

즉, 상기 제2유로(144)의 일측 단부는 상기 챔버(10)와 연통되고 타측 단부는 상기 제1유로(143)와 연통된다.

상기 제1유로(143)와 제2유로(144)의 폭은 상기 1차연료유동관(141)의 직경보다 작게 형성되어 상대적으로 적은 양의 연료가 유동하며, 2차연료가 순차적으로 상기 2차연료유동관(142), 제1유로(143), 제2유로(144)를 따라 유동하여 바로 상기 챔버(10)의 내부에 공급될 수 있다.

상기 챔버(10)의 내부에 유입되는 VOC는 기본적으로 15~18%의 산소가 혼합되어 있으므로, 1차연료보다 상대적으로 적은 양의 2차연료만 상기 챔버(10)의 내부에 공급함으로써 상기 챔버(10)의 내부에 마일드(MILD) 연소를 유도할 수 있고, 이러한 본 발명의 제2실시예는 제1실시예 대비 약 30%의 연료비 절감 효과를 얻을 수 있다.

즉, 상기 챔버(10)의 내부를 승온시키기 위해, 우선 상기 제어부(180)가 상기 점화가스유동관 측 밸브를 개방하고 상기 점화장치(150)를 구동하여 점화를 수행한다.

이후, 상기 점화가스유동관 측 밸브를 폐쇄하고, 상기 측정값과 기설정값이 일치할 때까지 상기 공기유입관과 1차연료유동관 측 밸브를 개방하여 혼합가스를 생성하고, 2차연료유동관 측 밸브는 폐쇄된 상태를 유지한다.

이후, 상기 측정값과 기설정값이 일치 시, 상기 제어부(180)가 상기 공기유입관과 제1연료유동관 측 밸브의 개방량을 줄여 최소화한다.

이후, 상기 측정값이 기설정값보다 낮을 경우, 2차연료유동관 측 밸브를 개방하여 2차연료를 상기 챔버(10)의 내부로 공급한다.

이후, 상기 측정값과 기설정값이 일치 시, 상기 제어부(180)가 상기 1, 2차연료유동관 측 차단 밸브를 폐쇄한다.

본 발명의 제2실시예는 연료비 절감 효과 외에도 상기 챔버(10)의 내부 온도 유지 시, 공기의 추가 공급없이 2차연료와 VOC에 포함된 산소를 이용함으로써 질소산화물의 추가 발생을 억제할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치는 챔버에 설치되는 1차연료유동관을 통해 챔버의 내부로 화염이 형성되어 적정 VOC 연소 가능 온도로 승온 및 유지될 수 있어 챔버의 내부로 유입되는 VOC 함유가스를 용이하게 연소시켜줄 수 있다.

또한, 연료유동관이 1차연료유동관과 2차연료유동관으로 구분하여, 승온완료 후 내부온도유지 시 챔버의 승온을 위해 공급되는 1차연료의 양보다 챔버의 내부온도유지를 위해 공급되는 2차연료의 양을 적게 할 수 있고, 2차연료유동관으로 연소 시 별도의 연소용 공기없이 VOC를 포함한 공기중에 산소를 이용하여 연소가 가능하기에 연료비 절감효과를 얻을 수 있다.

또한, 2차연료유동관으로 챔버의 내부 온도 유지 시, 추가 공기의 공급없이 2차연료와, VOC를 포함한 공기중에 산소를 이용하여 연소를 진행함으로써 화염형성없이 연소가 가능하기에 Thermal NOx 발생을 줄여 질소산화물의 추가 발생을 억제할 수 있다.

상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100,100' : 화염연소장치 110 : 하우징
120 : 공기유입관 130 : 화염발생관
140 : 연료유동관 150 : 점화장치
160 : 화염소켓 170 : 온도센서
180 : 제어부

Claims (7)

1. 휘발성유기화합물질(VOC)을 처리하기 위한 공기가 경유하는 하우징;
   상기 하우징에 설치되어 상기 하우징의 내부로 상기 공기가 유입되는 공기유입관;
   상기 하우징의 내주면에 설치되어 불특정 외력에 의해 발생되는 연료유동관의 요동을 방지하기 위해 설치된 지지플레이트;
   상기 VOC가 내부로 유입되는 챔버와 상기 하우징 간에 설치되고, 상기 하우징의 내부를 유동하는 상기 공기가 유입되어 상기 VOC를 처리하기 위한 화염이 형성되는 화염발생관; 및
   상기 하우징 또는 화염발생관에 설치되어 상기 화염을 형성하기 위한 연료가 유입되는 연료유동관;
   상기 하우징에 설치되고, 상기 화염을 형성하기 위해 상기 연료, 또는 상기 연료와 공기가 혼합된 혼합가스를 점화하는 점화장치;와
   상기 하우징에 설치되되, 일측 단부가 상기 연료유동관을 관통하여 상기 연료유동관의 내부에 배치되고, 상기 점화를 위한 점화가스가 유입되는 점화가스유동관;과
   상기 연료유동관의 단부에 설치되어 상기 화염이 형성되는 화염소켓; 및
   상기 연료유동관은, 상기 챔버의 내부온도를 기설정값만큼 승온시키기 위한 1차연료가 유입되는 1차연료유동관;과 승온 이후 상기 챔버의 내부온도를 상기 기설정값으로 유지시키기 위한 2차연료가 유입되는 2차연료유동관; 및
   상기 챔버(10)의 온도를 측정하는 온도센서(170)와 상기 온도센서(170)의 측정값에 기초하여 상기 점화가스유동관(152), 공기유입관(120) 및 연료유동관(140)에 설치된 밸브의 개폐량 또는 상기 점화장치(150)의 구동을 선택적으로 조절하는 제어부(180);
   상기 제어부(180)는 상기 챔버(10)의 내부의 온도를 측정값과 기설정값이 일치할 때까지 챔버(10)의 내부를 승온시키기 위해 공기유입관과 1차연료유동관 측 밸브를 개방하여 혼합가스를 생성하고, 상기 생성된 혼합가스를 점화하는 점화단계를 수행시키고, 측정값과 기설정값이 일치 시 공기유입관(120)과 1차연료유동관 측 밸브의 개방량을 최소화하고, 측정값이 기설정값 보다 낮은 경우 2차연료유동관 측 밸브를 개방하여 2차연료를 상기 챔버의 내부로 공급하도록 제어하는 것
   을 포함하는 휘발성유기화합물질 처리용 화염연소장치.
   
   
   
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