KR102519430B1 - 백연 저감장치 - Google Patents

Abstract

에너지-효율적으로 작동하여 효과적으로 백연을 저감시키는 백연 저감장치가 제공된다. 백연 저감장치는, 배가스가 배출되는 연돌의 외측에 배치되며, 유입구로 외기를 유입하고 외기를 배출구로 배출시켜 외기를 내부 유동공간으로 도입하여 유동시키는 유도배관, 및 연돌을 관통하여 배치되되 연돌의 내부로 삽입되는 증발부가 형성되고, 유도배관의 유동공간으로 삽입되는 응축부가 형성되며, 증발부와 응축부 사이로 열교환유체를 순환시키는 순환로가 포함된 관통형 열교환모듈을 포함하고, 열교환유체는, 증발부에서 증발하고 응축부에서 응축되며 증발부와 응축부의 사이를 순환하며 상변이하는, 비점이 배가스 온도보다 낮은 작동유체이다.

Description

백연 저감장치{White smoke reducing apparatus}

본 발명은 백연을 저감시키는 백연 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 에너지-효율적으로 작동하여 효과적으로 백연을 저감시키는 백연 저감장치에 관한 것이다.

배가스에는 여러 가지 오염물질이 섞여있어 배기 전 오염물질 처리가 필요하다. 그러나 오염물질 처리 외에도 다른 처리가 필요한 경우도 있는데, 그러한 경우 중 하나가 백연이 생성되는 경우이다. 백연은 배가스가 백색으로 생성되어 배출되는 것으로, 투명한 대기와 백색으로 대비되어 시각적 불안감을 유발하기도 하며 또한 그로 인해 각종 민원이 제기되기도 하므로 적절한 처리가 필요하다.

백연은 고온 배가스와 외기와의 온도 차로 발생하는데, 수분이 함유된 고온 배가스가 저온 외기와 접촉하면서 상대습도 상승으로 결로가 발생하여 백연이 생성될 수 있다. 이러한 백연을 제거하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있는데 예를 들면, 배가스를 재가열하여 온도를 높여 상대습도를 낮추는 방법이나, 스크러버 등 습식 처리설비로 수분입자를 성장시켜 제거하는 방법 등의 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 대한민국 특허10-1857158 등에 종래 백연 처리설비의 예가 개시되고 있다.

그러나 종래 다음과 같은 문제 등이 있어 개선이 요구되고 있다. 예를 들어, 습식 처리설비의 경우 별도의 처리공간이 필요한 경우가 많고 그에 따라 운영상에도 어려움이 있을 수 있으며 연돌과 같이 수직으로 연장되어 압력손실이 큰 구조물에는 적용이 어려운 등의 문제가 있을 수 있다. 또한 재가열 등의 처리방법을 사용하는 경우에는, 온도를 상승시키기 위해 필요한 에너지의 소모량이 커 설비가 매우 비효율적인 문제 등이 있을 수 있다. 또한 그 밖에도 여러 가지 문제가 있을 수 있어 보다 개선된 대안이 요구되고 있다.

대한민국등록특허공보 제10-1857158호, (2018. 06. 19), 명세서

본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에너지-효율적으로 작동하여 효과적으로 백연을 저감시키는 백연 저감장치를 제공하는 것이며 아울러 연돌과 같은 배가스 배출구조에 효과적으로 적용 가능한 백연 저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 백연 저감장치는, 배가스가 배출되는 연돌의 외측에 배치되며, 일 측에 형성된 유입구로 외기를 유입하고 상기 외기를 배출구로 배출시켜 외기를 내부 유동공간으로 도입하여 유동시키는 유도배관; 및 상기 연돌을 관통하여 배치되되, 일 측에는 상기 연돌의 내부로 삽입되는 증발부가 형성되고, 타 측에는 상기 유도배관의 유동공간으로 삽입되는 응축부가 형성되며, 상기 증발부와 상기 응축부 사이로 열교환유체를 순환시키는 순환로가 포함된 관통형 열교환모듈을 포함하고, 상기 열교환유체는, 상기 증발부에서 증발하고 상기 응축부에서 응축되며 상기 증발부와 상기 응축부의 사이를 순환하며 상변이하는, 비점이 상기 배가스 온도보다 낮은 작동유체이다.

상기 유도배관은, 상기 연돌의 외측에 중첩 배치되어 상기 연돌 둘레를 둘러싸는 상기 유동공간을 형성하는 배관몸체, 및 상기 배관몸체 최상단과 상기 연돌 사이를 적어도 일부 차폐하여, 상기 유동공간의 최상단을 외부와 격리하는 차폐판을 포함할 수 있다.

상기 배출구는, 상기 차폐판 하단에 상기 연돌을 관통하여 형성되어 상기 유동공간과 상기 연돌 내부를 연통시킬 수 있다.

상기 열교환모듈은 상기 배출구 하부의 상기 연돌을 관통하여 배치될 수 있다.

상기 배관몸체는, 상기 연돌 둘레에 동심원상으로 상기 연돌과 중첩 배치되고 상기 연돌보다 직경이 큰, 통체로 이루어질 수 있다.

상기 유입구는 상기 유도배관의 하단부에 형성되어 상기 연돌의 길이방향으로 상기 외기를 상승시킬 수 있다.

상기 관통형 열교환모듈은 복수 개가, 각각 독립되어 상기 연돌의 길이방향을 따라 상하로 배치될 수 있다.

상기 증발부는 상기 연돌의 내부에 상기 연돌의 길이방향을 따라 수직으로 배치되는 증발탑이고, 상기 응축부는 상기 유동공간의 내부에 상기 증발탑과 대칭되게 수직으로 배치되는 응축탑일 수 있다.

상기 백연 저감장치는, 상기 순환로의 일 측에 연결되어 상기 열교환유체를 순환시키는 펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 추가적인 에너지 소모 등을 최소화하면서 효율적으로 백연을 저감시킬 수 있다. 종래 가열 등에 의한 과도한 에너지 손실을 없애면서 외기의 자연대류 및 열교환 등의 과정을 통해 매우 에너지-효율적인 방식으로 백연을 저감시킬 수 있다. 특히 본 발명은 연돌과 같은 구조물에 효과적으로 적용이 가능하며 설치 후 가동 등에 실질적인 추가 에너지 공급이 필요치 않고 가동 비용 등도 최소화되므로 백연 제거에 매우 효과적, 효율적일 뿐만 아니라 경제적인 특징도 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연 저감장치의 일부를 절개하여 도시한 부분절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 백연 저감장치의 배가스 및 외기 순환동작을 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 2의 백연 저감장치의 관통형 열교환모듈의 흡발열 동작을 도시한 작동도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 백연 저감장치의 종단면도이다.
도 5는 도 4의 백연 저감장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 백연 저감장치에 대해 상세히 설명한다. 먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 상세히 설명하고, 이후 그를 바탕으로 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해서도 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 백연 저감장치의 일부를 절개하여 도시한 부분절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 백연 저감장치의 배가스 및 외기 순환동작을 도시한 종단면도이며, 도 3은 도 2의 백연 저감장치의 관통형 열교환모듈의 흡발열 동작을 도시한 작동도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 백연 저감장치(1)는 연돌(A) 외측에 배치되는 유도배관(100)을 통해 외기(C)를 유도배관(100) 내부의 유동공간(도면에 나타난 연돌과 유도배관 사이의 공간일 수 있다)으로 유입한다. 외기는 연돌(A) 상 하부의 온도 차에 의해 자연적으로 상승기류를 형성하며 유도배관(100) 내부를 유동할 수 있다. 이와 같이 유도배관(100) 내부로 도입된 외기는 연돌(A)을 관통하여 배치된 관통형 열교환모듈(200)과 열접촉하여 관통형 열교환모듈(200)을 따라 전달된 연돌(A) 내부의 열(즉, 고온 배가스의 열에너지)을 흡열하여 소산시킨다. 이를 통해, 연돌(A) 내부의 배가스(B) 온도를 낮추고 배가스(B)에 함유된 수분을 응결시켜 제거할 수 있다. 따라서, 배가스(B)의 절대습도가 감소되므로 결로 등에 의한 백연발생이 효과적으로 저감된다.

특히, 관통형 열교환모듈(200)은 연돌(A)을 관통하는 구조로 증발부(201)는 연돌(A)의 내측에, 응축부(202)는 유도배관(100) 내부의 유동공간에 나누어 배치된다. 따라서 비점(boiling point)이 배가스(B) 온도보다 낮은 열교환유체(204)의 증발 잠열을 이용하여 증발부(201)로부터 응축부(202)로 반복적으로 열을 수송할 수 있다. 이러한 열수송은, 연돌(A)을 사이에 두고 연돌(A) 내부에는 고온 배가스(B)가, 외부에는 유도배관(100)에 의해 저온 외기(C)가 공급되어 안정적인 온도구배가 만들어짐으로써 그에 따른 열교환유체(204)의 상변이를 통해 자동 진행되는 것이므로 별도의 에너지가 필요치 않게 된다. 또한 유도배관(100)으로 유입된 저온 외기의 자연 대류를 통해 바로 열을 소산시키는 것이 가능하므로 냉각과정이 가속되어 더욱 빠르게 수분을 제거할 수 있다. 또한, 수분이 제거된 배가스(B)는 배출 전 최종적으로 다시 외기(C)와 혼합하여 습도(절대습도)를 더욱 낮출 수 있는바 결과적으로, 백연 발생을 매우 효과적으로 방지할 수 있다.

이러한 본 발명의 백연 저감장치(1)는 구체적으로 다음과 같이 구성된다. 백연 저감장치(1)는, 배가스가 배출되는 연돌(A)의 외측에 배치되며, 일 측에 형성된 유입구(도 2의 130참조)로 외기를 유입하고 상기 외기를 배출구(140)로 배출시켜 외기를 내부 유동공간으로 도입하여 유동시키는 유도배관(100), 및 연돌(A)을 관통하여 배치되되, 일 측에는 연돌(A)의 내부로 삽입되는 증발부(201)가 형성되고, 타 측에는 유도배관(100)의 유동공간으로 삽입되는 응축부(202)가 형성되며, 증발부(201)와 응축부(202) 사이로 열교환유체(도 3의 204참조)를 순환시키는 순환로(도 2 및 도 3의 203참조)가 포함된 관통형 열교환모듈(200)을 포함하고, 열교환유체(204)는, 증발부(201)에서 증발하고 응축부(202)에서 응축되며 증발부(201)와 응축부(202)의 사이를 순환하며 상변이하는, 비점이 배가스 온도보다 낮은 작동유체로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서 유도배관(100)은, 연돌(A)의 외측에 중첩 배치되어 연돌(A) 둘레를 둘러싸는 유동공간을 형성하는 배관몸체(110), 및 배관몸체(110) 최상단과 연돌(A) 사이를 적어도 일부 차폐하여, 유동공간의 최상단을 외부와 격리하는 차폐판(120)(도 1 및 도 2참조)을 포함할 수 있으며, 유도배관(100)의 유입구(130)는 유도배관(100)의 하단부에 형성되어 연돌(A)의 길이방향으로 외기를 상승시킬 수 있다(도 2참조). 또한, 배출구(140)는 차폐판(120) 하단에 연돌(A)을 관통하여 형성되어 유동공간과 연돌(A) 내부를 연통시킬 수 있고(도 1참조), 관통형 열교환모듈(200)은 복수 개가, 각각 독립되어 연돌(A)의 길이방향을 따라 상하로 배치될 수 있다(도 1 및 도 2참조). 이하, 이러한 본 발명의 일 실시예에 기초하여 본 발명의 구성 및 작용효과 등을 보다 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 유도배관(100)은 배가스가 배출되는 연돌(A)의 외측에 배치된다. 유도배관(100)은 외기를 내부로 도입하여 지속적으로 입출시킴으로써 연돌(A) 내부의 배가스보다 온도가 낮은 저온부를 내부 공간에 형성한다. 특히 유도배관(100)은 연돌(A)의 바로 외측에 외기가 입출되며 순환하는 공간을 형성함으로써 연돌(A) 내부의 고온부와 유도배관(100) 내부의 저온부 사이에서 신속하게 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. 관통형 열교환모듈(200)은 이러한 유도배관(100)의 구조와 결합하여 매우 효과적으로 배가스를 냉각시킬 수 있다. 유도배관(100)은, 일 측에 형성된 유입구(도 2의 130참조)로 외기를 유입하고, 상기 외기를 배출구(140)로 배출시켜 외기를 내부 유동공간으로 도입하여 유동시킨다.

유도배관(100) 내부의 유동공간은, 도 2에 도시된 바와 같이 외기(C)가 도입되어 유동하는 공간으로서, 도시된 것처럼 연돌(A)과 유도배관(100) 사이의 연돌(A) 외측을 둘러싸는 공간으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 유도배관(100)은 연돌(A)의 외측에 중첩 배치되어 연돌(A) 둘레를 둘러싸는 유동공간을 형성하는 배관몸체(110), 및 배관몸체(110) 최상단과 연돌 사이를 적어도 일부 차폐하여, 유동공간의 최상단을 외부와 격리하는 차폐판(120)을 포함할 수 있다. 적어도 일부는 일부 또는 전부일 수 있다. 본 실시예에서처럼, 배관몸체(110)는, 연돌(A) 둘레에 동심원상으로 연돌(A)과 중첩 배치되고 연돌(A)보다 직경이 큰, 통체로 이루어질 수 있다. 이러한 통체의 중첩구조를 이용하여 연돌(A) 둘레를 둘러싸는 내부 유동공간을 적합하게 형성할 수 있다. 또한, 차폐판(120)으로는 외기가 상승하여 유동공간에서 바로 빠져나가는 것을 막고 외기의 체류시간을 적절히 늘려줄 수 있으며, 아울러 상승기류의 정점에서 외기의 방향을 조절하여 배출구(140) 측으로 외기를 유도할 수 있다. 이로부터 상기한 격리의 의미도 다음과 같이 이해 가능하다. 예를 들어 상기한 격리는, 반드시 유동공간을 물리적 차폐수단으로 완전히 가려 차폐하는 것만을 의미하지 않고, 차폐판(120)으로 유동공간과 외부 사이에 유동저항을 발생시켜, 유동공간 내부의 유체가 실질적으로 외부로 빠져나가지 못하게 하는 이를 테면, 유체순환의 관점에서 격리하는 것을 의미할 수 있다. 따라서 충분한 유동저항이 발생 가능한 한도 내에서 차폐판(120)은 배관몸체(110) 최상단과 연돌(A) 사이를 일부만 차폐하는 것도 가능하다.

배관몸체(110)의 직경은 적절히 조절될 수 있으며 형상도 필요에 따라 바꾸어 줄 수 있다. 즉 통체는 반드시 원통형상만으로 한정되지 않으며 그 밖에도 내부에 공간을 형성할 수 있는 다양한 형상으로 변형 가능하다. 차폐판(120)의 구조도 반드시 판상의 구조로 한정될 필요는 없으며 적어도 일부에 곡면 등이 형성된 또 다른 구조로 적어도 일부를 변형하여 형성할 수도 있다. 유도배관(100) 전체의 형상은 내부에 유동공간을 형성하여 외기를 입출 시킬 수 있는 한도 내에서 다양하게 바뀔 수 있는 것이므로 반드시 도시된 바와 같이 한정하여 이해할 필요는 없다. 연돌(A)의 형상, 위치, 배치상태, 크기 등에 따라서 적절한 형태 및 크기로 유도배관(100)을 대응하여 배치할 수 있다.

외기를 유입하는 유입구(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 유도배관(100)의 하단부에 형성된다. 유입구(130)는 유도배관(100)의 하단부에 형성되어 연돌(A)의 길이방향으로 외기(C)를 상승시킬 수 있다. 즉 수직 배치된 연돌(A)의 외측으로 외기를 도입하여 하부에서 상부로 유동하는 상승기류를 자연스럽게 형성시킬 수 있다. 연돌(A)은 배가스(B)가 유입되는 하단부가 상대적으로 고온이고 상부로 올라갈수록 상대적으로 온도가 감소되는바, 연돌(A) 둘레에 배치되는 유도배관(100) 하단부에 유입구(130)를 형성하여 열에 의한 상승기류를 자연스럽게 형성시킬 수 있다. 이와 같이 연돌(A) 주변의 상하 온도 차에 의한 자연대류를 활용하여, 별도의 동력 없이도 유도배관(100) 내부를 따라 지속적으로 상승하는 외기흐름을 만들어 줄 수 있다(도 2참조). 따라서 유도배관(100) 내부를 흐르는 외기를 통해 보다 빠르게 열을 소산시킬 수 있고 냉각작용도 가속시킬 수 있다. 유입구(130)는, 예를 들어 유도배관(100)의 배관몸체(110)와 연돌(A) 사이를 둘러싸는 고리형의 통로로 형성될 수 있으나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 구조나 형상 등은 적절히 변경시켜 줄 수도 있다.

외기가 배출되는 배출구(140)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 차폐판(120) 하단에 연돌(A)을 관통하여 형성된다. 배출구(140)는 차폐판(120) 하단에 연돌(A)을 관통하여 형성되어 유도배관(100) 내부의 유동공간과 연돌(A) 내부를 연통시킬 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 구조로 차폐판(120)으로 배관몸체(110) 최상단과 연돌(A) 사이를 적어도 일부 차폐하여 외기의 상승을 막고 배출구(140)측으로 유도하여 외기(C)가 배출구(140)를 통과해서 연돌(A) 상단으로 빠져나가게 유도할 수 있다(도 2참조). 이로 인해, 관통형 열교환모듈(200)을 통과하면서 수분이 응결되어 제거된 배가스(B)는 연돌(A) 상단에서 외기(C)와 재차 혼합되어 습도가 더욱 감소되며, 따라서 연돌(A) 상부로 배기되더라도 실질적으로 백연은 발생하지 않게 된다. 배출구(140)의 개수나 형상 등도 도면처럼 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다.

관통형 열교환모듈(200)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 연돌(A)을 관통하여 배치된다. 관통형 열교환모듈(200)은 연돌(A)을 관통하여 일 측에는 연돌(A)의 내부로 삽입되는 증발부(201)가 형성되고, 타 측에는 유도배관(100)의 유동공간으로 삽입되는 응축부(202)가 형성되며, 이러한 증발부(201)와 응축부(202) 사이로 열교환유체(도 3의 204참조)를 순환시키는 순환로(도 2 및 도 3의 203참조)를 포함한다. 후술하는 바와 같이 열교환유체(204)는 증발부(201)에서 증발하고 응축부(202)에서 응축되며 증발부(201)와 응축부(202)의 사이를 순환하며 상변이하는, 비점이 배가스 온도보다 낮은 작동유체로 형성된다. 따라서 연돌(A) 안에서 고온 배가스에 의해 가열되는 증발부(201)와, 연돌(A) 바깥의 유동공간 안에서 저온 외기에 의해 냉각되는 응축부(202) 사이에서 반복되는 열교환유체(204)의 상변이 과정을 통해 별도의 동력 없이 증발부(201)에서 응축부(202)로 신속하게 열을 수송하며 배가스를 냉각시킬 수 있다.

관통형 열교환모듈(200)은 배출구(140) 하부의 연돌(A)을 관통하여 배치될 수 있다. 즉 전술한 것처럼 유도배관(100) 내부의 유동공간과 연돌(A) 내부를 연통시켜 외기를 연돌(A)로 유입하는 배출구(140)의 하부에 관통형 열교환모듈(200)을 배치하여, 배출구(140) 도달 전에 배가스의 수분을 응결시켜 제거할 수 있다. 따라서 역시 전술한 바와 같이, 배가스는 수분이 제거된 이후에 배출구(140)로 빠져나오는 외기와 혼합되어 습도가 더욱 감소할 수 있고 백연 제거효과가 보다 향상될 수 있다. 관통형 열교환모듈(200)은 배출구(140) 하부에 다양한 방식으로 배치할 수 있으나 예를 들면, 복수 개를 도시된 바와 같이 연돌(A)의 길이방향을 따라 병렬적으로 나열하여 배치할 수 있다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 배가스(B)가 연돌(A)을 따라 상승하면서 하나 이상의 관통형 열교환모듈(200)과 접촉하며 냉각될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예로서 이와 같이 한정될 필요는 없으며 다른 실시예에서는 또 다른 형태로 관통형 열교환모듈(200)을 구성하여 배치하는 것도 얼마든지 가능하다.

관통형 열교환모듈(200)의 배치구조를 좀더 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 관통형 열교환모듈(200)은 복수 개가, 각각 독립되어 연돌(A)의 길이방향을 따라 상하로 배치될 수 있다. 각각의 관통형 열교환모듈(200)은 예를 들면, 전체적으로는 폐로(閉路)로 이루어진 순환로(203)를 갖는 관체의 형태로 형성될 수 있다. 이러한 관통형 열교환모듈(200)은 연돌(A)을 관통하여 연돌(A) 내측으로 삽입된 일부는 증발부(201)로, 연돌(A) 외측의 유도배관(100) 내 유동공간으로 삽입된 일부는 응축부(202)로 형성된다. 관통형 열교환모듈(200) 전체 길이 및 두께 등을 변경하여 증발부(201) 및 응축부(202)의 길이나 두께 등을 변경시킬 수도 있다. 증발부(201)와 응축부(202) 각각의 외면에는 다수의 전열핀(205)을 배치하여 전열면적을 늘리고 열교환 성능을 강화할 수 있다. 관통형 열교환모듈(200)은 상대적으로 열전도도가 높은 금속물질 등으로 형성될 수 있으며 각각의 위치와 개소는 필요에 따라 얼마든지 변경할 수 있다. 즉 복수 개의 관통형 열교환모듈(200)은 상황에 따라 개수를 가감하거나, 배치상태를 조절하는 등의 다양한 방식으로 설치를 바꾸어 줄 수 있으며 이를 통해 배가스 용량이나 습도 등에 맞추어 보다 적합한 처리를 하는 것이 가능하다. 이하, 도 3을 참조하여 관통형 열교환모듈(200)의 내부구조 및 동작 등을 좀더 상세히 설명한다.

도 3은 도 2의 관통형 열교환모듈(200) 중 박스로 표시된 일부를 확대하여 도시한 것으로 연돌(A)을 관통하여 연돌(A) 내측으로 삽입된 증발부(201)와, 연돌(A) 외측의 유동공간(유도배관과 연돌 사이의 공간)으로 삽입된 응축부(202)가 확인된다. 순환로(203)는 관통형 열교환모듈(200)의 내부에 증발부(201)와 응축부(202)를 연결하는 폐로의 형태로 형성될 수 있다. 순환로(203)가 일직선 상의 형상으로 도시되었지만 그와 같이 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 적어도 일부에 굴절된 부분 등을 포함하는 것도 가능하다. 열교환유체(204)는 이러한 순환로(203) 내부에 주입되어 도 3에 도시된 바와 같이 열에 의한 상변이를 통해 순환한다. 즉 증발부(201)는 연돌(A) 내측에서 고온 배가스(B)와 접촉하여 고온으로 유지되며 응축부(202)는 유도배관(100) 내 유동공간에서 저온 외기(C)와 접촉하여 저온상태로 유지되므로, 증발부(201)에서 열(D)을 흡수하여 증발된 열교환유체(204)가 응축부(202)로 이동하여 열(D)을 방출하고 응축된 후 다시 증발부(201)로 귀환하는 과정을 반복할 수 있다. 따라서 상변이에 필요한 열교환유체(204)의 증발잠열을 이용하여 신속하게 증발부(201)에서 응축부(202)로 열(D)을 수송하고 배가스(B)를 냉각시킬 수 있다. 순환로(203) 내벽에는, 예를 들어 응축된 열교환유체(204)의 귀환을 돕는 다양한 형태의 윅구조(예를 들면, 망상구조 등 모세관현상을 통해 액체를 이동시키는 것이 가능한 구조일 수 있다)가 형성될 수 있다.

열교환유체(204)는 이와 같이 열에 의한 상변이를 통해 작동하는, 비점이 배가스(B) 온도보다 낮아 증발부(201) 측에서 신속하게 증발 가능한 작동유체로 형성된다. 바람직하게는, 열교환유체(204)는 비점이 배가스(B) 온도보다는 낮고 유도배관(100) 내 유동공간을 흐르는 외기(C) 온도보다는 높은 유체일 수 있다. 바람직하게는 열교환유체의 비점은 1기압 조건에서 24~100℃일 수 있다. 그러한 유체는 이로써 한정될 필요는 없으나, 예를 들면, 물, 알코올류(에탄올 및 메탄올을 포함함), 아세톤, 프레온 중에서 선택된 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 열교환유체(204)는 단일 물질일 수 있으나, 둘 이상의 물질이 복합된 혼합물도 가능하며, 천연물질이거나 합성물질일 수 있다. 열교환유체(204)는 배가스(B) 온도 및 유도배관(100) 내 유동공간을 흐르는 외기(C) 온도 등을 고려하여 적절한 비점을 갖는 것을 선택하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 배가스 온도는 60~150℃이고, 외기 온도는 -20~30℃일 수 있다. 그러나, 상기한 예시에 한정되지 않고 상황에 따라 가능한 또 다른 물질을 활용하여 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 구성을 통해 본 발명은 다음과 같이 동작하며 백연 발생을 효과적으로 저감할 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 작동과정을 좀더 상세히 설명한다. 먼저 외기(C)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유도배관(100) 하단부의 유입구(130)를 통해서 지속적으로 유입된다. 유입된 외기(C)는 도 2에 도시된 것처럼 유도배관(100) 내부의 유동공간을 따라 흐르며 전술한 바와 같이 자연스럽게 상승하여 상승기류를 형성한다. 따라서 관통형 열교환모듈(200)의 응축부(202)가 배치된 유동공간(도면 상의 연돌과 유도배관 사이의 공간) 내부가 흐르는 외기(C)에 의해 안정적으로 저온부를 형성한다. 즉 유도배관(100)으로 외기(C)를 도입하여 연돌(A) 외측에 흐르게 함으로써 연돌(A) 내 고온 배가스보다 상대적으로 온도가 낮은 저온부를 유도배관(100) 내 유동공간 안에 안정적으로 형성할 수 있다.

연돌(A)로 배가스(B)가 공급되면 연돌(A) 내부에는 고온부가 형성된다. 즉 배가스(B) 역시 지속적으로 생성되어 배출되는바 연돌(A) 내부에도 상대적으로 온도가 높은 고온부가 안정적으로 형성된다. 따라서 유도배관(100) 내부와 연돌(A) 사이에 안정된 온도구배가 만들어지며 관통형 열교환모듈(200)이 온도 차에 의해 신속하게, 안정적으로 동작한다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이 관통형 열교환모듈(200)의 연돌(A) 내부로 삽입된 증발부(201)와 유도배관(100) 내부의 유동공간으로 삽입된 응축부(202) 사이에서 열교환유체(204)의 상변이에 의한 순환이 진행되며, 열교환유체(204)의 증발잠열에 의해 증발부(201)에서 응축부(202)로 열이 수송된다. 즉 연돌(A) 내 고온 배가스(B)는 증발부(201)에서 증발되는 열교환유체(204)에 열을 빼앗겨 냉각되고, 열교환유체(204)는 상변이를 통해 잠열로 이를 수송하여 응축부(202)에서 외기(C)로 배출한다. 열(D) 배출시 열교환유체(204)는 액상으로 응축되며 전술한 내부 윅구조 등을 따라 증발부(201)로 귀환할 수 있다. 이러한 순환과정이 열교환유체(204)의 상변이와 함께 빠르게 진행되며 배가스(B)를 냉각시킨다.

따라서 배가스(B)는 냉각에 의해 내부 수분이 응결되어 제거된다. 이러한 냉각과정은 연돌(A)을 따라 배가스(B)가 상승하는 동안 서로 다른 관통형 열교환모듈(200) 사이에서 반복하여 진행될 수 있다. 따라서 배가스(B)는 충분히 냉각되며 그에 따라 내부 수분도 충분히 제거되므로 습도(절대습도일 수 있다)를 크게 낮출 수 있다. 또한 외기(C)는 유도배관(100) 내 유동공간을 흐르며 열을 빠르게 소산시키는 바 각각의 관통형 열교환모듈(200)에서 냉각작용은 더욱 가속될 수 있다. 따라서 수분을 응결시켜 배가스(B)의 습도를 크게 낮추는 것이 가능하다. 이와 같이 수분이 제거된 배가스(B)는 연돌(A) 상부에서 유동공간과 연통된 배출구(140)를 지나게 되며, 전술한 바와 같이 배출구(140)로 빠져 나온 외기(C)와 합류하여 혼합되는 과정을 다시 거치게 된다. 즉, 배가스(B)는 관통형 열교환모듈(200)에 의한 수분 제거 과정 이후에, 유도배관(100)을 통과한 외기(C)와 혼합됨으로써 습도가 더욱 낮아지게 된다.

따라서 배가스(B)의 절대습도를 낮춤으로써 실질적인 백연의 발생을 방지할 수 있으며 연돌(A)에 유도배관(100)과 관통형 열교환모듈(200)을 배치한 후에는 추가적인 동력손실이나 에너지 손실 등도 없이 매우 효율적으로 백연이 제거되는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 본 발명을 통해 에너지-효율적인 방식으로 백연을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 아울러, 본 발명에서 연돌(A)은 예를 들어, 화력발전소 등의 대형 발전설비 등에 형성되어 있는 것일 수 있으나 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 그 외에도 다양한 설비에서 고온 다습한 배가스가 배기될 수 있는바, 그러한 배가스가 배출되는 다양한 설비나 구조물 등의 연돌(A)에 본 발명을 적용하여 상술한 바와 같이 백연 발생을 효과적으로 저감시키는 것이 가능하다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 백연 저감장치에 대해 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록, 전술한 실시예와 차이나는 부분을 중점적으로 설명하고, 별도로 언급되지 않은 사항에 대한 설명은 모두 전술한 설명으로 대신한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 백연 저감장치의 종단면도이고, 도 5는 도 4의 백연 저감장치의 작동도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 백연 저감장치(1-1)는 관통형 열교환모듈(200-1)이 증발탑(210) 및 응축탑(220)을 포함하는 형태로 형성된다. 즉, 증발부(201)는 연돌(A)의 길이방향을 따라 수직으로 배치되는 증발탑(210)이고, 응축부(202)는 유동공간의 내부에 증발탑(210)과 대칭되게 수직으로 배치되는 응축탑(220)일 수 있다. 즉 관통형 열교환모듈(200-1)은 전술한 실시예처럼 복수 개의 서로 독립된 구조로 형성되는 대신, 연돌(A) 내부 및 유도배관(100) 내부 각각에 수직하게 배치되는 증발탑(210) 및 응축탑(220)을 연결한 구조로도 형성될 수 있다. 순환로(203)는 각 도면에 도시된 것처럼 증발탑(210) 및 응축탑(220)을 수직으로 관통하여 증발탑(210)과 응축탑(220)의 상하 양 단부를 연결하는 폐로(閉路) 형태로 형성될 수 있으며 이러한 순환로(203)를 따라서 증발탑(210)과 응축탑(220) 즉, 증발탑(210)으로 이루어진 증발부(201)와 응축탑(220)으로 이루어진 응축부(202) 사이를 열교환유체(도 5의 204참조)가 순환하며 상변이를 통해 냉각 작용할 수 있다.

증발탑(210) 및 응축탑(220)은 예를 들면, 열전도율이 상대적으로 높은 금속재질 등을 수직배열 가능한 관체 등의 형태로 가공하여 형성할 수 있다. 증발탑(210) 및 응축탑(220) 각각의 외측에는 전술한 전열핀(도 5의 205참조) 등을 다수 배치하여 전열면적을 늘리고 열교환 성능을 강화할 수 있다. 증발탑(210) 및 응축탑(220)의 형상은 예시적인 것이므로 도시된 형태로 한정하여 이해할 필요는 없으며 필요에 따라 적절한 형상으로 얼마든지 변형시킬 수 있다. 증발탑(210) 및 응축탑(220)은 높이가 높은 경우 상호 결합 가능한 복수의 부분으로 형성하여 용접 등의 결합방식으로 결합하여 형성할 수도 있으며 순환로(203) 역시 하나 이상의 부분으로 이루어진 배관 등을 용접 등의 결합방식으로 상호 결합하여 형성하는 것도 가능하다. 이를 통해 증발탑(210) 및 응축탑(220)의 높이 등을 바꾸어 줄 수 있으며 그에 따라 순환로(203)의 길이 등도 연장시킬 수 있다.

열교환유체(204)는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 증발탑(210)에서 흡열하여 증발되며 순환로(203)를 상승하여 이동할 수 있고 내부압력 등에 의해 응축탑(220)으로 도달되면 발열 후 응축되며 순환로(203)를 액상으로 하강하여 이동할 수 있다. 이러한 순환과정에서 증발탑(210) 전체로부터 흡열하여 연돌(A) 내 배가스(B)를 냉각하고, 응축탑(220) 전체로부터 발열하여 수송된 열(D)을 외기(C)로 소산시킬 수 있다. 이러한 방식으로 역시 연돌(A) 내 배가스(B)를 신속하게 냉각하여 내부 수분을 응결시켜 제거할 수 있다.

이러한 경우에는 필요에 따라 순환로(203) 일 측에 연결되어 열교환유체(204)를 순환시키는 펌프(230)를 배치하는 것도 가능하다. 펌프(230)는 열교환유체(204)의 상과 그에 따른 순환로(203) 내 압력 등을 고려하여 적절한 위치에 적절한 구조의 펌프(230)를 적용할 수 있으며 열교환유체(204)의 순환을 도울 수 있는 한도 내에서 특별히 제한될 필요는 없다. 그러나, 펌프(230)가 반드시 필요한 것은 아니며 순환로(203)의 높이, 직경, 형상, 및 전술한 내부 윅구조 등을 적절히 형성하여 펌프(230) 없이 열교환유체(204)를 순환시키는 것도 얼마든지 가능하다. 이러한 또 다른 형태로 관통형 열교환모듈(200-1)을 형성할 수 있으며 그러한 백연 저감장치(1-1) 역시 적합한 연돌(A)에 적용하여 전술한 바와 같은 에너지-효율적인 방식으로 효과적으로 백연을 저감시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1-1: 백연 저감장치
100: 유도배관 110: 배관몸체
120: 차폐판 130: 유입구
140: 배출구 200, 200-1: 관통형 열교환모듈
201: 증발부 202: 응축부
203: 순환로 204: 열교환유체
205: 전열핀 210: 증발탑
220: 응축탑 230: 펌프
A: 연돌 B: 배가스
C: 외기 D: 열

Claims (9)

1. 배가스가 배출되는 연돌의 외측에 배치되며, 일 측에 형성된 유입구로 외기를 유입하고 상기 외기를 배출구로 배출시켜 외기를 내부 유동공간으로 도입하여 유동시키는 유도배관; 및
   상기 연돌을 관통하여 배치되되, 일 측에는 상기 연돌의 내부로 삽입되는 증발부가 형성되고, 타 측에는 상기 유도배관의 유동공간으로 삽입되는 응축부가 형성되며, 상기 증발부와 상기 응축부 사이로 열교환유체를 순환시키는 순환로가 포함된 관통형 열교환모듈을 포함하고,
   상기 열교환유체는, 상기 증발부에서 증발하고 상기 응축부에서 응축되며 상기 증발부와 상기 응축부의 사이를 순환하며 상변이하는, 비점이 상기 배가스 온도보다 낮은 작동유체이며,
   상기 유도배관은, 상기 연돌의 외측에 중첩 배치되어 상기 연돌 둘레를 둘러싸는 상기 유동공간을 형성하는 배관몸체, 및 상기 배관몸체 최상단과 상기 연돌 사이를 적어도 일부 차폐하여, 상기 유동공간의 최상단을 외부와 격리하는 차폐판을 포함하되,
   상기 배관몸체는, 상기 연돌 둘레에 동심원상으로 상기 연돌과 중첩 배치되고 상기 연돌보다 직경이 큰, 통체로 이루어지며,
   상기 유입구는 상기 유도배관의 하단부에 형성되어 상기 연돌 주변의 상하 온도 차에 의한 자연대류를 활용하여 상기 연돌의 길이방향으로 상기 외기를 상승시키며,
   상기 증발부는 상기 연돌의 내부에 상기 연돌의 길이방향을 따라 수직으로 배치되는 증발탑이고,
   상기 응축부는 상기 유동공간의 내부에 상기 증발탑과 대칭되게 수직으로 배치되는 응축탑이고,
   상기 증발탑 및 상기 응축탑 각각의 외측에는 전열핀이 다수 배치되며,
   상기 순환로는 상기 증발탑 및 상기 응축탑을 수직으로 관통하여 증발탑과 응축탑의 상하 양 단부를 연결하는 폐로(閉路) 형태로 형성된 백연 저감장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 배출구는, 상기 차폐판 하단에 상기 연돌을 관통하여 형성되어 상기 유동공간과 상기 연돌 내부를 연통시키는 백연 저감장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 열교환모듈은 상기 배출구 하부의 상기 연돌을 관통하여 배치되는 백연 저감장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 순환로의 일 측에 연결되어 상기 열교환유체를 순환시키는 펌프를 더 포함하는 백연 저감장치.

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