KR102380238B1 - 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치 - Google Patents

수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치 Download PDF

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박광신
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Abstract

본 발명은 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 유입되는 제1 분리 몸체와, 상기 제1 분리 몸체에 흐르는 제1 냉매가 구비된 제1 쿨링장치와, 상기 제1 쿨링장치와 연결되어 제1 쿨링장치를 통과한 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 유입되는 제2 분리 몸체와, 상기 제2 분리 몸체에 흐르는 제1 냉매보다 낮은 온도의 제2 냉매가 구비된 제2 쿨링장치를 포함하고, 상기 제1 쿨링장치는 상기 제1 냉매를 통하여 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 수분을 응결시켜 회수하고, 상기 제2 쿨링장치는 상기 제2 냉매를 통하여 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 휘발성유기화합물을 응결시켜 회수하는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치에 관한 것이다.

Description

수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치{Moisture and volatile organic compounds recovery and separation device}
본 발명은 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치에 관한 것으로, 좀 더 자세히 설명하면 제1 쿨링장치를 이용하여 수분을 1차로 회수하고, 제2 쿨링장치를 이용하여 휘발성유기화합물을 2차로 회수하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치에 관한 것이다.
산업현장 및 실험실 등에서 발생하는 수분을 포함한 휘발성유기화합물(VOCs: Volatile organic compounds)은 대부분 기화된 가스상 물질이며, 이를 제거 또는 감소시키기 위한 시설 및 기술에 대한 연구가 계속되고 있다.
종래에 수분을 포함한 휘발성유기화합물을 제거하기 위해 주로 산업 현장 및 실험실 등에 적용되는 기술은 흡착공정이다. 흡착공정은 열소각 설비처럼 별도의 관리없이 사용이 가능하고, 초기 투자비가 저렴하며, 처리 효율이 높은 장점이 있다.
그러나, 종래의 흡착공정은 흡착제의 교체 주기가 짧고 교체 비용이 많이 소요되며, 재생 및 재생 횟수가 제한적이란 문제가 있다.
한국공개특허 제2000-0062180호
본 발명은 수분을 포함한 휘발성유기화합물을 흡착공정이 아닌 쿨링 방식으로 회수하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 유입되는 제1 분리 몸체와, 상기 제1 분리 몸체에 흐르는 제1 냉매가 구비된 제1 쿨링장치와, 상기 제1 쿨링장치와 연결되어 제1 쿨링장치를 통과한 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 유입되는 제2 분리 몸체와, 상기 제2 분리 몸체에 흐르는 제1 냉매보다 낮은 온도의 제2 냉매가 구비된 제2 쿨링장치를 포함하고, 상기 제1 쿨링장치는 상기 제1 냉매를 통하여 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 수분을 응결시켜 회수하고, 상기 제2 쿨링장치는 상기 제2 냉매를 통하여 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 휘발성유기화합물을 응결시켜 회수하는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치를 제공한다.
상기 제1 쿨링장치는 상기 제1 분리 몸체의 일측에 형성된 제1 가스 유입부와, 상기 제1 분리 몸체의 내측에 나선형 튜브 형태로 형성되는 제1 컬럼부와, 상기 제1 컬럼부에 의해 둘러싸인 긴 원통 형상인 제1 배출부와, 상기 제1 컬럼부에 상기 제1 냉매를 공급하는 제1 냉매 공급부 및, 상기 제1 분리 몸체의 하부에 형성되는 수분 포집부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 쿨링장치는 상기 제2 분리 몸체의 일측에 형성된 제2 가스 유입부와, 상기 제2 분리 몸체의 내측에서 나선형 튜브 형태로 형성되는 제2 컬럼부와, 상기 제2 컬럼부에 의해 둘러싸인 긴 원통 형상인 제2 배출부와, 상기 제2 컬럼부에 상기 제2 냉매를 공급하는 제2 냉매 공급부 및, 상기 제2 분리 몸체의 하부에 형성되는 휘발성유기화합물 포집부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 제2 배출부에 필터 카트리지부가 형성될 수 있다.
상기 제1 컬럼부는 나선형 구조의 직경이 상부에서 하부로 갈수록 작아지도록 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 제1 냉매와 제2 냉매 사이에 열교환이 진행되는 제1 열교환부가 더 포함될 수 있다.
상기 제1 컬럼부의 하부에는 상기 나선형 구조의 경사와 동일하게 경사져 형성되는 낙하 촉진부가 더 형성될 수 있다.
상기 제1 열교환부에는 상기 제1 컬럼부에서 배출되는 제1 냉매의 제1 냉매관과, 상기 제2 컬럼부에서 배출되는 제2 냉매의 제2 냉매관 및, 상기 제1 냉매관과 제2 냉매관 사이에 형성되며, 상기 제1 쿨링장치와 제2 쿨링장치 사이에 위치된 중간 배관을 냉각시키는 제1 예비 냉매관이 포함될 수 있다.
상기 제1 배출부의 둘레에는 프로펠러가 연결된 원심 촉진부가 형성될 수 있다.
상기 제1 컬럼부에서 배출된 제1 냉매는 제1 열교환부로 이동되기 전에 제2 열교환부의 제1-1 냉매관으로 이동되어 열교환된 후에 제1 열교환부로 이동될 수 있다.
상기 제2 열교환부에는 제1-1 냉매관과 인접하게 제1 사전 냉매관이 형성되고, 상기 제1 사전 냉매관에는 제1 사전 냉매가 흐르며, 상기 제1 사전 냉매는 제1 사전 냉매관과 상기 제1 가스 유입부로 연장되는 사전 유입관에 설치된 제1 사전 예냉각부 사이를 순환할 수 있다.
상기 사전 유입관에는 제2 사전 예냉각부가 더 형성되고, 상기 제2 사전 예냉각부에는 제2 사전 냉매가 순환될 수 있다.
상기 제2 사전 예냉각부에는 상기 제2 사전 냉매가 이동되는 제2-1 사전 예냉매관이 형성되고, 상기 제1 배출부와 제2 가스 유입부 사이에는 중간 예냉각부가 형성되며, 상기 중간 예냉각부에는 제1 예비 냉매가 이동되는 중간 냉매관과 상기 제2 사전 냉매가 이동되는 제2-2 사전 냉매관이 형성될 수 있다.
상기 제1 가스 유입부를 통과하는 배기 가스 중 수분 및 휘발성유기화합물의 농도를 측정할 수 있는 제1 센서부와, 상기 제2 배출부를 통과하는 배기 가스 중 수분 및 휘발성유기화합물의 농도를 측정할 수 있는 제2 센서부 및, 상기 제1 센서부와 제2 센서부에 연결되는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제1 실시예는 제1 쿨링장치와 제2 쿨링장치를 통하여 배출 가스에 포함된 수분과 휘발성유기화합물을 각각 분리 포집하여 재활용할 수 있는 효과가 발생된다.
본 발명은 제2 실시예를 통하여 제1 냉매 공급부를 사용하지 않고 용이하게 제1 냉매를 냉각시켜 순환할 수 있어 제1 냉매 공급부를 형성하기 위해 응축부, 압축부, 증발부 및 팽창부를 설치해야하는 복잡한 구조가 생략되는 효과가 발생된다.
도 1은 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제1 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제2 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제3 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제4 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5의 (a)는 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제5 실시예를 나타내는 개략 일부 단면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a) 중 원심 촉진부를 나타내는 개략 정단면도이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시예들에 의해 본 발명의 다양한 실시예들을 설명한다. 실시예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 복합적으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 실시예들에 관련하여 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 다른 실시예들로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경 가능한 것으로 도면들의 조합으로 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 다양한 측면에 걸쳐 동일하거나 유사한 기능을 가리킬 수 있으며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 구체적인 형태는 설명 상의 편의를 위하여 과장되어 표현된 것일 수 있다.
하부 요소들이 설명되지 않은 각각의 유닛, 모듈, 부, 부재 또는 임의 구조는 각기 부여된 기능을 갖기 위한 통상적인 하부 요소들이 포함되거나 포함 가능한 것으로 상정하며, 도면에 도시된 하부 요소들이나 세부 구조로 제한하진 않는다.
도시되었으나 통상적인 내용으로 그 설명이 생략된 구성 요소들은, 실시예들의 상세한 설명에 내재된 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제1 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치(100)의 제1 실시예는 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 수분을 먼저 포집하기 위해 설치된 제1 쿨링장치(110)와, 상기 제1 쿨링장치(110)를 통과한 배출 가스에서 휘발성유기화합물을 포집하기 위해 설치된 제2 쿨링장치(210) 및, 상기 제2 쿨링장치(210)와 연결된 진공펌프(320)를 포함한다.
상기 휘발성유기화합물에는 벤젠과 톨루엔 등이 포함되며, 섭씨 약 -95도에서 공통적으로 응결된다.
상기 제1 쿨링장치(110)는 산업현장 및 실험실 등에서 발생하는 배출 가스가 유입되는 제1 가스 유입부(120)와, 상기 제1 가스 유입부(120)가 일측에 마련되고 전체적으로 긴 원통 형상으로 형성된 제1 분리 몸체(130)와, 상기 제1 분리 몸체(130)의 내측 둘레를 따라서 튜브 형태로 상부에서 하부로 감겨진 제1 컬럼부(140)와, 상기 제1 분리 몸체(130)의 내측 중심에 위치되어 상기 제1 컬럼부(140)에 의해 둘러싸인 긴 원통 형상인 제1 배출부(150)와, 상기 제1 컬럼부(140)에 냉매를 공급하는 제1 냉매 공급부(160) 및, 상기 제1 분리 몸체(130)의 하부에 형성되는 수분 포집부(170)를 포함한다.
상기 제1 가스 유입부(120)는 제1 분리 몸체(130)의 상부에서 하방으로 경사지게 형성되어 제1 분리 몸체(130)로 유입되는 배출 가스가 하방으로 경사지게 제1 컬럼부(140) 방향으로 유입되도록 작용된다.
상기 제1 분리 몸체(130)는 전체적으로 긴 원통 형상으로 상기 제1 컬럼부(140)의 둘레를 감싸고, 하부는 제1 배출부(150)의 하부에서 하방으로 호퍼 형태로 형성되어 제1 컬럼부(140)에서 응결되어 하방으로 낙하되는 수분이 상기 수분 포집부(170)로 집결되도록 작용함과 동시에 응결되지 않은 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 상기 제1 배출부(150)의 하부로 용이하게 유입될 수 있도록 유도하는 작용을 한다.
상기 제1 컬럼부(140)의 전체적인 배치 형상은 코일 스프링과 같은 나선형 튜브 형태로 상기 제1 가스 유입부(120)의 하부 높이에서 제1 배출부(150)의 하부 높이까지 형성된다.
상기 제1 컬럼부(140)는 내부로 섭씨 약 0도 내지 섭씨 약 -2도까지의 범위 내에서 온도가 유지되는 제1 냉매(162)가 흐른다.
상기 제1 배출부(150)의 상부는 상기 제1 분리 몸체(130)의 상부를 관통하고, 하부는 상기 제1 컬럼부(140)의 하부 높이에 제1 배출 유입구(152)가 위치된다.
상기 제1 배출 유입구(152)로는 상기 제1 컬럼부(140)를 따라 이동되는 배출 가스 중 응축된 수분을 배제한 나머지 배출 가스가 유입된다.
상기 제1 냉매 공급부(160)는 상기 제1 컬럼부(140)로 전달되는 제1 냉매(162)가 섭씨 0도 내지 섭씨 -2도까지의 범위 내에서 온도가 유지되도록 작용하며, 일반적인 냉동 사이클 구조와 같이 응축기, 압축기, 증발기 및 팽창 밸브 등으로 형성된다.
제1 냉매(162)가 섭씨 -2도 이하로 더 냉각되면 제1 컬럼부(140)에 수분이 응결되지 않고 응고되어 제1 컬럼부(140)의 표면에 얼어붙게되는 문제가 발생될 수 있고, 제1 냉매(162)가 섭씨 0도 보다 높은 경우에는 제1 컬럼부(140)에 수분이 용이하게 응결되지 않는 문제가 발생된다.
상기 수분 포집부(170)는 제1 컬럼부(140)에 부착되어 낙하되는 응축수를 포집한다.
상기 제2 쿨링장치(210)는 상기 제1 배출부(150)에서 배출되는 수분이 제거된 배출 가스가 유입되는 제2 가스 유입부(220)와, 상기 제2 가스 유입부(220)가 상부에 형성되며 개략적으로 원통 형상인 제2 분리 몸체(230)와, 상기 제2 분리 몸체(230)의 내측에서 나선형 튜브 형태로 형성되는 제2 컬럼부(240)와, 상기 제2 컬럼부(240)의 나선형 형상의 중앙에서 제2 분리 몸체(230)의 상하 방향으로 긴 관 형상으로 형성된 제2 배출부(250)와, 상기 제2 배출부(250)의 하부에 형성되는 필터 카트리지부(260)와, 상기 제2 컬럼부(240)의 내부를 따라서 이동되는 제2 냉매(272)를 공급하도록 형성되는 제2 냉매 공급부(270)와, 상기 제2 분리 몸체(230)의 하부에 연결되는 휘발성유기화합물 포집부(280)를 포함한다.
상기 제2 가스 유입부(220)는 상기 제2 분리 몸체(230)에서 내측 하방으로 경사지게 형성되어 유입되는 가스가 제2 컬럼부(240)를 향해 하방으로 경사지게 분사되도록 작용한다.
상기 제2 분리 몸체(230)는 전체적으로 긴 원통 형상으로 상기 제2 컬럼부(240)의 둘레를 감싸고, 하부는 제2 배출부(250)의 하부에서 하방으로 호퍼 형태로 형성되어 제2 컬럼부(240)에서 응결되어 하방으로 낙하되는 휘발성유기화합물이 상기 휘발성유기화합물 포집부(280)로 집결되도록 작용함과 동시에 잔여 배출 가스를 상기 제2 배출부(250)의 하부로 용이하게 유입될 수 있도록 유도하는 작용을 한다.
상기 제2 컬럼부(240)의 전체적인 배치 형상은 개략적으로 코일 스프링과 같은 나선형 튜브 형태로 상기 제2 가스 유입부(220)의 하부 높이에서 제2 배출부(250)의 하부 높이까지 형성된다.
상기 제2 컬럼부(240)는 튜브 내부로 섭씨 약 -95 내지 -105도, 바람직하게는 섭씨 약 -100도에서 온도가 유지되는 제2 냉매(272)가 흐른다.
상기 제2 배출부(250)의 상부는 상기 제2 분리 몸체(230)의 상부를 관통하고, 하부에는 제2 배출 유입구(252)가 형성되며, 상기 제2 배출 유입구(252)는 상기 제2 컬럼부(240)의 하부 중심에 위치된다.
상기 제2 배출 유입구(252)로는 상기 제2 컬럼부(240)를 따라 이동되는 배출 가스 중 대부분의 휘발성유기화합물을 배제한 잔여 배출 가스가 유입된다.
상기 필터 카트리지부(260)는 제올라이트나 활성탄 등과 같은 필터로 형성되어 제2 컬럼부(240)에서 냉각되지 않은 잔여 휘발성유기화합물이 필터링된다.
상기 제2 냉매 공급부(270)는 제2 냉매(272)가 섭씨 약 -95 내지 -105도, 바람직하게는 섭씨 약 -100도에서 온도가 유지되도록 하기 위해서 응축, 압축, 팽창 및, 증발로 진행되는 냉동 사이클을 3번 반복하는 3원 냉동 방식을 이용한다.
상기 휘발성유기화합물 포집부(280)는 상기 제2 컬럼부(240)에서 응축되어 낙하되는 휘발성유기화합물을 포집한다.
상기와 같이 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치(100)의 제1 실시예는 제1 쿨링장치(110)와 제2 쿨링장치(210)를 통하여 배출 가스에 포함된 수분과 휘발성유기화합물을 각각 분리 포집하여 재활용할 수 있는 효과가 발생된다.
도 2는 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제2 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치(100)의 제2 실시예는 상기 제1 실시예에서 제1 냉매 공급부(160)를 생략하고 제1 컬럼부(140)에서 배출된 제1 냉매(162)를 제2 냉매 공급부(270)의 제2 냉매(272)를 이용하여 냉각시키는 방식이 특징인 바, 특징을 중심으로 설명한다.
도 2에서 제1 컬럼부(140)에 순환되고 제1 분리 몸체(130)의 외부로 이동되는 제1 냉매(162)는 제1 열교환부(330)로 연결되고, 제2 컬럼부(240)에서 순환되고 제2 분리 몸체(230)의 외부로 이동되는 제2 냉매(272)도 제1 열교환부(330)로 연결된다.
상기 제1 열교환부(330)는 제1 냉매(162)의 제1 냉매관(332)과 상기 제2 냉매(272)의 제2 냉매관(334)이 서로 인접하게 위치되고, 상기 제2 냉매관(334)의 제2 냉매(272) 온도가 섭씨 약 -95 내지 -105도, 바람직하게는 섭씨 약 -100도에 가깝기 때문에 인접한 제1 냉매관(332)의 제1 냉매(162)를 냉각시키는 작용을 한다.
상기 제1 냉매(162)와 제2 냉매(272)는 동일한 냉매가 사용된다.
상기 제2 냉매관(334)에는 제1 바이패스 밸브(336)와 제1 바이패스 관(338)이 형성되어 제2 냉매(272) 중 일부는 제1 바이패스 밸브(336)를 통하여 제1 바이패스 관(338)으로 이동시킬 수 있어 제2 냉매(272)에서 제1 냉매(162)로 과도한 열전달이 진행되어 제1 냉매(162)가 과도하게 냉각되는 것을 방지한다.
본 발명은 제2 실시예를 통하여 제1 냉매 공급부(160)를 사용하지 않고 용이하게 제1 냉매(162)를 냉각시켜 순환할 수 있어 제1 냉매 공급부(160)를 형성하기 위해 응축부, 압축부, 증발부 및 팽창부를 설치해야하는 복잡한 구조가 생략되는 효과가 발생된다.
또한, 제1 냉매 공급부(160)를 작동하기 위한 에너지를 감소시킬 수 있어 제1 쿨링장치(110)의 운전 효율이 향상되는 효과가 발생된다.
도 3은 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제3 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치(100)의 제3 실시예는 상기 제2 실시예와 비교할 때, 제1 열교환부(330)에 열교환을 통하여 제1 쿨링장치(110)의 제1 배출부(150)를 통하여 배출된 배출 가스가 제2 가스 유입부(220)를 통하여 제2 쿨링장치(210)로 유입되기 전에 중간 예냉각부(350)를 마련하여 제2 쿨링장치(210)로 전달되는 배출 가스의 온도를 미리 일정 온도 낮추는 것이 특징인 바, 특징을 중심으로 설명한다.
도 3에서 제1 열교환부(330)에는 제1 컬럼부(140)에서 배출되는 제1 냉매(162)의 제1 냉매관(332)과, 상기 제2 컬럼부(240)에서 배출되는 제2 냉매(272)의 제2 냉매관(334) 및, 상기 제1 냉매관(332)과 제2 냉매관(334) 사이에 형성되는 제1 예비 냉매관(352)이 위치된다.
상기 제2 냉매관(334)에 위치된 제2 냉매(272)는 제1 예비 냉매관(352)에 위치된 제1 예비 냉매(353)를 냉각시키고, 상기 제1 예비 냉매(353)는 제1 쿨링장치(110)와 제2 쿨링장치(210) 사이에 위치된 중간 배관(354)에 위치되는 중간 예냉각부(350)에 전달되어 중간 배관(354)을 통과하는 휘발성유기화합물을 포함한 배기 가스의 온도를 섭씨 약 -30도 내지 -50도까지 냉각시킨다.
상기 중간 예냉각부(350)에서 다시 제1 열교환부(330)로 순환되는 제1 예비 냉매(353)는 상기 제1 예비 냉매관(352)에서 상기 제1 냉매관(332)으로 순환되는 제1 냉매(162)를 냉각시킨다.
상기 제1 쿨링장치(110)를 통과한 휘발성유기화합물을 포함한 배기 가스의 온도는 제1 컬럼부(140)에 의해 섭씨 약 0도 내지 -2도로 저하되나, 제2 컬럼부(240)의 온도는 섭씨 약 -95 내지 -105도, 바람직하게는 섭씨 약 -100도이므로 제1 쿨링장치(110)에서 제2 쿨링장치(210)로 이동되기 전에 예비 냉각을 진행한 후에 제2 쿨링장치(210)로 이동되면 보다 신속하게 제2 컬럼부(240)의 냉각 작용에 반응할 수 있다.
본 발명은 제3 실시예를 통하여 중간 예냉각부(350)를 제1 쿨링장치(110)와 제2 쿨링장치(210) 사이의 중간 배관(354)에 설치할 수 있어서 제2 쿨링장치(210)의 기능을 보다 효율적으로 진행할 수 있는 효과가 발생된다.
도 4는 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제4 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치(100)의 제4 실시예는 상기 제3 실시예에 비하여 제1 쿨링장치(110) 이전에 수분 및 휘발성유기화합물을 포함한 배기 가스가 사전 냉각될 수 있는 제1 사전 예냉각부(410)와 제2 사전 예냉각부(430)가 마련된 것이 특징이고, 상기 특징을 중심으로 설명한다.
도 4에서 제1 컬럼부(140)에서 배출된 제1 냉매(162)는 제1 열교환부(330)로 이동되기 전에 제2 열교환부(370)의 제1-1 냉매관(372)으로 이동되어 1차 열교환된 후에 제1 열교환부(330)로 이동된다.
상기 제2 열교환부(370)에는 제1-1 냉매관(372)과 인접하게 제1 사전 냉매관(374)이 형성되고, 상기 제1 사전 냉매관(374)에는 제1 사전 냉매(375)가 흐르며, 상기 제1 사전 냉매(375)는 제1 사전 냉매관(374)과 제1 가스 유입부(120)로 연장되는 사전 유입관(376)에 설치된 제1 사전 예냉각부(410) 사이를 순환한다.
상기 제1 컬럼부(140)를 통과하여 배출되는 제1 냉매(162)의 온도는 섭씨 약 1도 이상이며, 제2 열교환부(370)에서 제1 사전 냉매(375)는 제1 냉매(162)에 의해 섭씨 약 5도 내지 10도까지 냉각될 수 있다.
상기 제1 냉매(162)는 제2 열교환부(370)에서 열교환 후에 제1 열교환부(330)에서 열교환을 통하여 냉각된 후에 상기 제1 컬럼부(140)로 다시 순환된다.
상기 제1 사전 예냉각부(410)의 제1-1 사전 예냉각관(412)에는 제1 사전 냉매(375)에 의해 사전 유입관(376)으로 통과되는 수분 및 휘발성유기화합물을 포함한 배기 가스의 온도를 실온인 섭씨 25도 이상에서 개략적으로 섭씨 5도 내지 10도까지 냉각시키는 작용을 한다.
상기 제1 사전 예냉각부(410)와 상기 제1 가스 유입부(120) 사이의 사전 유입관(376)에는 제2 사전 예냉각부(430)가 형성된다.
상기 제2 사전 예냉각부(430)와 상기 중간 예냉각부(350) 사이에는 제2 사전 냉매(434)가 순환된다.
상기 제2 사전 예냉각부(430)에는 상기 제2 사전 냉매(434)가 이동되는 제2-1 사전 예냉매관(432)이 형성되고, 상기 중간 예냉각부(350)에는 제1 예비 냉매(353)가 이동되는 중간 냉매관(356)과 상기 제2 사전 냉매(434)가 이동되는 제2-2 사전 냉매관(358)이 형성된다.
상기 중간 냉매관(356)을 이동하는 제1 예비 냉매(353)는 상기 제2-2 사전 냉매관(358)을 이동하는 제2 사전 냉매(434)에 열전달을 하여 제2 사전 냉매(434)를 섭씨 약 1도 내지 4도까지 냉각시킨다.
상기 제2 사전 냉매(434)는 제2 사전 예냉각부(430)의 제2-1 사전 예냉매관(432)에서 사전 유입관(376)을 통과하는 수분 및 휘발성유기화합물의 포함하는 배기 가스의 온도를 섭씨 약 1도 내지 4도까지 냉각할 수 있다.
본 발명은 제4 실시예를 통하여 제1 사전 예냉각부(410)와 제2 사전 예냉각부(430)에 의해 제1 쿨링장치(110)에 유입되기 전인 수분 및 휘발성유기화합물을 포함한 배기 가스의 온도를 섭씨 1도 내지 4도까지 냉각할 수 있는 효과가 발생된다.
또한 본 발명은 제4 실시예에서 상기 제1 가스 유입부(120)에는 통과되는 배기 가스 중 수분 및 휘발성유기화합물의 농도를 측정할 수 있는 광학식 IoT 센서 등의 제1 센서부(510)가 형성되고, 제2 배출부(250)와 진공 시스템(320) 사이에 위치된 배출관(251)에는 배기 가스 중 수분 및 휘발성유기화합물의 농도를 측정할 수 있는 광학식 IoT 센서 등의 제2 센서부(520)가 형성되며, 상기 제1 센서부(510)와 제2 센서부(520)는 원격으로 제어부(500)와 연결된다.
상기 제어부(500)에서는 제1 센서부(510)를 통하여 제1 가스 유입부(120)를 통과하는 배기 가스 중 수분 및 휘발성유기화합물의 농도 측정치와 상기 배출관(251)을 통과하는 배기 가스 중 수분 및 휘발성유기화합물의 농도 측정치를 비교하여 제1 쿨링장치(110)와 제2 쿨링장치(210)를 통과하면서 회수된 수분 및 휘발성유기화합물를 계산할 수 있다.
도 5의 (a)는 본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치의 제5 실시예를 나타내는 개략 일부 단면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a) 중 원심 촉진부를 나타내는 개략 정단면도이다.
본 발명인 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치(100)의 제5 실시예는 상기 제1 실시예 내지 제4 실시예의 제1 쿨링장치(110)의 내부 구조 중 제1 컬럼부(140)와 제1 배출부(150)를 변형하여 수분을 보다 신속하게 포집하기 위한 구조가 특징이며, 상기 특징을 중심으로 설명한다.
그리고 제5 실시예는 제2 쿨링장치(210)도 필요한 경우에 적용가능하다.
도 5에서 제1 쿨링장치(110)에는 제1 변형 컬럼부(450)가 나선형 구조의 직경이 상부에서 하부로 갈수록 작아지도록 형성된다.
상기 제1 변형 컬럼부(450)는 상부에서 하부로 갈수록 직경이 작아지기 때문에 응축된 수분이 물의 응집력에 의해 보다 용이하게 결합되어 자체 무게가 증가되어 보다 용이하게 낙하되는 효과가 발생된다.
그리고 제1 변형 컬럼부(450)의 하부에는 제1 변형 컬럼부(450)에 접촉되면서 상기 나선형 구조의 경사와 동일하게 경사져 형성된 낙하 촉진부(460)가 마련되며, 상기 낙하 촉진부(460)는 물의 부착력에 의해 수분이 낙하 촉진부(460)의 하방으로 보다 용이하게 낙하될 수 있도록 작용된다.
상기 낙하 촉진부(460)에 의해 수분의 마지막 부분까지 낙하될 수 있는 효과가 발생된다.
상기 제1 변형 배출부(470)의 둘레에는 배어링 구조로 프로펠러가 연결된 원심 촉진부(480)가 형성되어 배출 가스가 나선형으로 회전되면서 제1 변형 컬럼부(450)를 따라 하방으로 이동되는 것을 촉진한다.
상기 원심 촉진부(480)에 의해 배출 가스가 보다 신속하게 외측으로 이동되면서 제1 변형 컬럼부(450)에 접촉할 수 있어 보다 용이하게 수분이 응축될 수 있는 효과가 발생된다.
이상과 같이 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 본질적인 기술 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다.
100: 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치 110: 제1 쿨링장치
120: 제1 가스 유입부 130: 제1 분리 몸체
140: 제1 컬럼부 150: 제1 배출부
152: 제1 배출 유입구 160: 제1 냉매 공급부
162: 제1 냉매 170: 수분 포집부
210: 제2 쿨링장치 220: 제2 가스 유입부
230: 제2 분리 몸체 240: 제2 컬럼부
250: 제2 배출부 251: 배출관
252: 제2 배출 유입구 260: 필터 카트리지부
270: 제2 냉매 공급부 272: 제2 냉매
280: 휘발성유기화합물 포집부 320: 진공펌프

Claims (7)

  1. 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 유입되는 제1 분리 몸체와,
    상기 제1 분리 몸체에 흐르는 제1 냉매가 구비된 제1 쿨링장치와,
    상기 제1 쿨링장치와 연결되어 제1 쿨링장치를 통과한 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스가 유입되는 제2 분리 몸체와,
    상기 제2 분리 몸체에 흐르는 제1 냉매보다 낮은 온도의 제2 냉매가 구비된 제2 쿨링장치를 포함하고,
    상기 제1 쿨링장치는 상기 제1 냉매를 통하여 수분과 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 수분을 응결시켜 회수하고,
    상기 제2 쿨링장치는 상기 제2 냉매를 통하여 휘발성유기화합물을 포함한 배출 가스에서 휘발성유기화합물을 응결시켜 회수하며,
    상기 제1 쿨링장치에는 상기 제1 분리 몸체의 내측에 나선형 튜브 형태로 형성되는 제1 컬럼부가 설치되고,
    상기 제2 쿨링장치에는 상기 제2 분리 몸체의 내측에서 나선형 튜브 형태로 형성되는 제2 컬럼부가 설치되며,
    상기 제1 냉매와 제2 냉매 사이에 열교환이 진행되는 제1 열교환부가 더 포함되고,
    상기 제1 열교환부에는
    상기 제1 컬럼부에서 배출되는 제1 냉매의 제1 냉매관과,
    상기 제2 컬럼부에서 배출되는 제2 냉매의 제2 냉매관 및,
    상기 제1 냉매관과 제2 냉매관 사이에 형성되며, 상기 제1 쿨링장치와 제2 쿨링장치 사이에 위치된 중간 배관을 냉각시키는 제1 예비 냉매관이 포함되는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 쿨링장치는
    상기 제1 분리 몸체의 일측에 형성된 제1 가스 유입부와,
    상기 제1 컬럼부에 의해 둘러싸인 긴 원통 형상인 제1 배출부와,
    상기 제1 컬럼부에 상기 제1 냉매를 공급하는 제1 냉매 공급부 및,
    상기 제1 분리 몸체의 하부에 형성되는 수분 포집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 쿨링장치는
    상기 제2 분리 몸체의 일측에 형성된 제2 가스 유입부와,
    상기 제2 컬럼부에 의해 둘러싸인 긴 원통 형상인 제2 배출부와,
    상기 제2 컬럼부에 상기 제2 냉매를 공급하는 제2 냉매 공급부 및,
    상기 제2 분리 몸체의 하부에 형성되는 휘발성유기화합물 포집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 배출부에 필터 카트리지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 컬럼부는 나선형 구조의 직경이 상부에서 하부로 갈수록 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 컬럼부의 하부에는 상기 나선형 구조의 경사와 동일하게 경사져 형성되는 낙하 촉진부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 수분 및 휘발성유기화합물 회수 분리 장치.


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