KR102526051B1 - 로터리 밸브 및 그 밸브를 사용하는 축열식 연소 산화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 로터리 밸브는 공급영역과 배기영역과 퍼지영역으로 구분되어 연소실로 풍량을 공급하거나 연소실로부터 배출되는 풍량을 배출하는 디스크 플레이트의 퍼지영역에 격벽을 추가하여 로터리 밸브 회전 시에도 퍼지영역의 밀폐력을 유지시켜 공급풍량과 배기풍량의 혼입을 방지한다.

Description

로터리 밸브 및 그 밸브를 사용하는 축열식 연소 산화장치 { ROTARY VALVE AND REGENERATIVE THERMAL OXIDIZER USING THE VALVE }

로터리 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로터리 밸브 회전 또는 정지 시 공급풍량과 배기풍량으로 혼입되는 것을 방지하는 기술이 개시된다.

휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 자연적으로 토양 등에서도 일부 발생되나 산업이 발전함에 따라 산업 활동에 의해 대부분 발생되고 있다. 산업 현장에서 발생되는 VOC는 유기용제로부터 발생된다. 휘발성 유기화합물질(VOCs)은 유해대기 물질, 악취의 원인물질로 호흡기관 장애 등 인체에 대한 유해성을 갖는 것 이외에도 광화학 반응을 통한 스모그의 형성, 악취발생의 원인물질로 환경오염을 일으키고 있다.

다양한 VOC 제거 기술이 사용되고 있거나 개발 중에 있으며, VOC 제거 기술은 크게 연소기술, 흡착농축 기술, 흡수응축 기술, 생물학적 처리기술 등으로 분류할 수 있으며 공정 조건 및 VOC 특성에 따라 적절한 기술을 선택한다.

이중 연소기술을 사용하는 축열식 연소 산화장치(Regenerative Thermal Oxidizer, RTO)가 있다. RTO는 배기가스의 폐열을 최대한 회수하여 VOC 가스 예열에 이용한다. RTO는 크게 Bed type과 Rotary type으로 구분된다.

종래의 기술인 등록특허 제10??2212784호(이하 종래기술)는 축열식 연소 산화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유해가스를 공급하는 투입관 및 연소가스를 공급하는 주입관을 포함하는 공급모듈, 선단에 형성되고 상기 투입관과 연통되는 유입구, 후단에 형성된 배기구 및 상기 유입구와 상기 배기구 사이에 형성되고 상기 주입관과 연통되는 주입구를 포함하는 연소실, 배출관 및 열교환기를 포함하고, 상기 배기구와 연통되는 후처리모듈 및 상기 유입구 측에 구비되는 로터 및 상기 로터의 외주에 구비되어 상기 로터를 회전시키는 구동부를 포함하는 구성을 개시하고 있다.

Rotary type은 가스의 풍향 전환을 로터리 밸브를 통해 제어하므로 구조가 간단하고 유지관리 및 운전이 쉬운 장점이 있다. 일반적으로 풍향 전환 시 즉, 로터리 밸브 회전 시 퍼지풍량에 의한 양압이 감소하여 밀폐력이 감소하여 공급풍량과 배기풍량이 혼입되는 문제가 발생된다.

제안된 발명은 로터리 밸브 회전 시에도 공급풍량과 배기풍량이 혼입되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양상에 따른 로터리 밸브는 구동부와, 회전자와, 디스크 플레이트를 포함한다.

구동부는 설정된 시간 간격으로 회동축을 설정된 각도만큼 회전시키고, 회전자는 회동축에 고정되어 회전되며 공급풍량이 통과하는 공급통로와 퍼지풍량이 통과하는 퍼지통로와 배기풍량이 통과하는 배출통로가 구분되어 원통형으로 형성되고, 디스크 플레이트는 회전자 상부에 고정되어 회전자와 함께 회전하며 N개의 관통 홈으로 구성되는 공급영역과 N개의 관통 홈으로 구성되는 배기영역과 공급영역과 배기영역을 구분하는 위치에 각각 관통 홈 크기를 갖는 2개의 퍼지영역으로 구분된다.

이때, 상기 퍼지영역은 디스크 플레이트 중심 방향을 따라 적어도 4개의 격벽이 형성되어 분할되고 격별과 격벽 사이의 분할 공간에 복수의 퍼지 홈이 타공되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 퍼지영역에 형성된 복수의 퍼지 홈은 격벽 사이의 간격에 기초하여 각 퍼지 홈의 직경이 다르게 타공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 퍼지영역의 분할 공간에 형성된 복수의 퍼지 홈은 디스크 플레이트의 중심에 가까울수록 퍼지 홈의 직경이 작게 타공될 수 있다.

제안된 발명에 의하면 로터리 밸브 회전 시에도 공급풍량과 배기풍량이 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 로터리밸브평도와의 흐름
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른
도 3은
로터리 밸브 정지 시 공급풍량과 배기풍량이 혼입이 방지되는 개념을 도시한 것이다.도 5는 로터리 밸브 회전 시 종래기술 공급풍량과 배기풍량이 혼입되는 개념을 도시한 것이다.도 6은 로터리 밸브 회전 시 본 발명의 로터리 밸브에 의해 공급풍량과 배기풍량이 혼입이 방지되는 개념을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 로터리 밸브를 포함하는 축열식 연소 산화장치를 개념적으로 도시한 것이다.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 로터리 밸브의 단면과 각 풍량을 개념적으로 도시하고 있다. 도 1의 (a)는 로터리 밸브(10)의 평면도를 간략하게 도시한 것으로 휘발성 유기용제(VOC)가 함유된 공급가스가 인입되는 공급가스 인렛과, 에어 씰(air seal)을 형성하여 로터리 밸브(10) 상부에서 공급가스와 배기가스가 혼입되는 것을 방지하고 연소실(20) 내의 폭발의 위험을 감소시키는 퍼지가스가 인입되는 퍼지가스 인렛과, 연소실(20)에서 VOC이 연소되어 제거된 배기가스가 배출되는 배기가스 아웃렛을 함께 도시하고 있다.

도 1의 (b)는 (a)의 로터리 밸브(10)를 "A"??"A" 방향으로 절단한 측면 단면도로 로터리 밸브(10) 내에서 공급가스와 배기가스의 유동 경로를 도시하고 있고, (c)는 (a)의 로터리 밸브(10)를 "B" ?? "B" 방향으로 절단한 측면 단면도로 로터리 밸브(10) 내에서 퍼지가스의 유동경로를 도시하고 있다. 각 가스들의 유동경로인 공급통로와, 배기통로와, 퍼지통로는 로터리 밸브(10) 내에서 완전히 분리되어 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 로터리 밸브(10)는 구동부와, 회전자(110)와, 디스크 플레이트(120)를 포함한다.

로터리 밸브(10)는 이외에도 더 많은 구성을 포함하나, 이들은 공지된 기술에 해당하는 구성으로 상세한 설명은 생략한다.

구동부는 회동축(shaft, 101)을 회전시키는 모터(미도시)와 기어들(미도시)을 포함하여 설정된 시간 간격으로 회동축(101)을 설정된 각도만큼 회전시킨다. 일 예로 구동부는 회동축(101)을 15초 간격으로 회전시키며, 축열 챔버의 수에 따라 한번 한 챔버 크기만큼 회전시킨다.

회전자(rotor, 110)는 회동축(101)에 고정되어 함께 회전된다. 회전자(110)는 공급풍량이 통과하는 공급통로와 퍼지풍량이 통과하는 퍼지통로와 배기풍량이 통과하는 배출통로가 구분되어 형성되어 있다. 회전자(110)는 원통형으로 형성된다. 공급통로, 배출통로, 퍼지통로는 격벽 등을 이용하여 완전하게 분리되어 있다. 공급통로를 통과한 공급가스는 분배실을 거쳐 연소실(20)로 공급되며, 연소실(20)에서 연소 처리된 배기가스는 배출실을 거쳐 배출통로를 통과하여 연결된 스택(60)을 통해 배출된다. 공급통로, 배출통로, 퍼지통로를 구분하는 방식은 제한이 없다.

디스크 플레이트(120)는 회전자(110) 상부에 고정되어 회전자(110)와 함께 회전한다. 디스클 플레이트는 N개의 관통 홈으로 구성되는 공급영역과 N개의 관통 홈으로 구성되는 배기영역과 공급영역과 배기영역을 구분하는 위치에 각각 관통 홈 크기를 갖는 2개의 퍼지영역으로 구분된다. 디스크 플레이트(120)는 2N+2개의 관통 홈(다만, 퍼지영역은 관통되지 않고 막혀 있음)을 포함하고 있으며, 정확하게 2개의 퍼지영역이 공급영역과 배기영역을 분할한다.

이때, 상기 퍼지영역에는 디스크 플레이트(120) 중심 방향을 따라 적어도 4개의 격벽이 형성되어 있다. 격벽은 퍼지풍량이 진행하는 방향 즉, 디스크 플레이트(120) 상면 방향으로 돌출되어 형성되어 퍼지영역을 분할한다. 따라서, 격별과 격벽 사이의 분할 공간이 생기며 이 분할 공간에 복수의 퍼지 홈이 타공되어 있다. 이 퍼지 홈을 통해 퍼지풍량(퍼지가스)가 통과하며 퍼지영역에 양압을 발생시킨다. 퍼지풍량(퍼지가스)은 퍼지 홈을 통해서만 연소실(20)로 공급되는 것은 아니다.

회전자(110)의 공급통로를 통과한 공급풍량(공급가스)이 공급영역을 통해 연소실(20)로 공급되고, 연소실(20)에서 연소 처리 후 배기풍량(배기가스)이 배기영역을 거쳐 회전자(110)의 배출통로를 통해 배출된다. 퍼지영역은 퍼지통로를 통과한 퍼지풍량(퍼지가스)이 통과한다. 퍼지통로를 통과한 퍼지풍량에 의해 발생되는 퍼지영역의 양압에 의해 공급풍량과 배기풍량의 혼입이 방지된다.

도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 퍼지 영역에 격벽과 퍼지 홈이 타공된 디스크 플레이트를 예시적으로 도시하고 있다. 도 2에 도시된 디스크 플레이트(120)는 12개의 관통 홈을 가지므로 12개의 챔버를 가진 RTO 설비에 사용된다. 도 2에서 5개의 연속적인 관통 홈이 공급영역으로 사용되고, 2개의 관통 홈이 퍼지영역으로 사용되며, 나머지 5개의 연속적인 관통 홈이 배기영역으로 사용된다. 2개의 퍼지영역의 관통 홈은 다른 관통 홈과 달리 막혀있으며, 4개의 격벽이 형성되어 3개의 분할 공간을 형성하고 있다. 각 분할 공간에는 다수의 퍼지 홈이 타공되어 있는 것이 도시되어 있다.

도 3은 로터리 밸브가 회전 시 디스크 플레이트와 RTO 분배실 하부의 고정 디스크가 이격되는 것을 예시적으로 도시하고 있다. 즉, 로터리 밸브(10)가 회전되는 과정 중에 디스크 플레이트(120)와 연소실(20) 하부의 고정 디스크(130)가 이격되는 모습이 도시되어 있다. 고정 디스크(130)는 디스크 플레이트(120)에 형성된 관통 홈 개수만큼 관통 홈이 형성되어 있으며, 모든 관통 홈이 동일하게 뚫려있다.

도 4는 로터리 밸브 정지 시 공급풍량과 배기풍량이 혼입이 방지되는 개념을 도시하고, 도 5는 로터리 밸브 회전 시 종래기술 공급풍량과 배기풍량이 혼입되는 개념을 도시하고, 도 6은 로터리 밸브 회전 시 본 발명의 로터리 밸브에 의해 공급풍량과 배기풍량이 혼입이 방지되는 개념을 도시하고 있다.

도 4는 로터리 밸브가 정지된 상태 즉, Stop Process 상태일 때를 도시한 것으로 퍼지영역에 격벽이 도시되어 있지 않지만 격벽이 도시되었어도 동일한 현상이 발생된다. 공급영역(공급 Zone)을 통해서 공급풍량이 연소실(20)로 공급되고 배기영역(배기 Zone)을 통해서 연소실(20)로부터의 배기풍량이 배출된다. 퍼지영역(퍼지 존)에서 퍼지풍량에 의해 발생되는 양압에 의해 공급영역의 공급풍량이 배기영역으로 공급되지 않고 마찬가지로 배기영역의 배기풍량이 공급영역으로 공급되지 않아 혼입이 방지된다.

도 5는 종래기술의 로터리 밸브가 회전 중인 상태 즉, Run Process 상태일 때를 도시한 것으로 도 3과 유사한 상황이다. 공급영역과 퍼지영역과 배기영역의 밀폐력이 감소하여 모든 영역이 공유되는 상황이다. 따라서, 공급영역을 통과하여야 하는 공급풍량의 일부가 퍼지영역을 통과하여 배기영역으로 공급될 수 있으므로 혼입이 발생할 수 있다.

도 6은 본 발명의 로터리 밸브(10)가 회전 중인 상태 즉, Run Process 상태일 때를 도시한 것으로 도 3과 유사한 상황이다. 종래기술과 달리 퍼지영역에 격벽이 형성되어 있어 로터리 밸브(10) 회전 중이더라도 격벽에 의한 밀폐율이 유지되는 것이 도시되어 있다. 따라서, 퍼지영역에서 발생하는 양압에 의해 로터리 밸브(10)가 회전 중이더라도 공급풍량과 배기풍량의 혼입이 방지될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 퍼지영역에 형성된 복수의 퍼지 홈은 격벽 사이의 간격에 기초하여 각 퍼지 홈의 직경이 다르게 타공될 수 있다. 즉, 격벽 사이의 간격이 일정하지 않을 수 있으며 격벽 사이의 공간에 맞추어 퍼지 홈이 타공될 수 있으므로, 격벽 사이의 간격에 따라 각 퍼지 홈의 직경이 다르게 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 퍼지영역의 분할 공간에 형성된 복수의 퍼지 홈은 디스크 플레이트(120)의 중심에 가까울수록 퍼지 홈의 직경이 작게 타공될 수 있다.

디스크 플레이트(120)는 원형이므로 동일한 격벽 사이에서도 퍼지영역의 분할 공간은 원의 중심에 가까울수록 폭이 더 좁아진다. 따라서 퍼지 홈은 디스크 플레이트(120)의 중심에 가까울수록 퍼지 홈의 직경이 작아지게 된다.

도 7은 본 발명의 로터리 밸브를 포함하는 축열식 연소 산화장치를 개념적으로 도시하고 있다. 본 발명의 축열식 연소 산화장치는 전술한 특징을 갖는 로터리 밸브(10)를 포함한다.

도 7에 도시된 것과 같이 축열식 연소 산화장치는 연소실(20)과 연소실(20) 하부에 로터리 밸브(10)를 포함하고, 공급가스를 연소시킬 버나(50)에 LNG 등의 연료와 연소공기를 공급하고, VOC 등의 유해가스 즉, 공급가스를 연소실(20)에 공급하는 공급계통(30)과, 연소실(20)에서 연소된 후 배출되는 배기가스를 배출하는 배출계통(40)과 배기가스를 대기 중으로 내보내는 스택(60)을 포함할 수 있다.

축열식 연소 산화장치는 이외에도 더 많은 구성을 포함하나, 이는 공지된 기술로 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.

10 : 로터리 밸브
101 : 회동축
110 : 회전자
120 : 디스크 플레이트
130 : 고정 디스크
20 : 연소실
30 : 공급계통
40 : 배출계통
50 : 버너
60 : 스택

Claims (4)

1. 로터리 밸브에 있어서,
   설정된 시간 간격으로 회동축을 설정된 각도만큼 회전시키는 구동부;
   회동축에 고정되어 회전되며 공급풍량이 통과하는 공급통로와 퍼지풍량이 통과하는 퍼지통로와 배기풍량이 통과하는 배출통로가 구분되어 형성된 원통형 회전자;
   회전자 상부에 고정되어 회전자와 함께 회전하는 디스크 플레이트로, N개의 관통 홈으로 구성되는 공급영역과 N개의 관통 홈으로 구성되는 배출영역과 공급영역과 배출영역을 구분하는 위치에 각각 관통 홈 크기를 갖는 2개의 퍼지영역으로 구분되는 디스크 플레이트;
   를 포함하되,
   상기 퍼지영역은 디스크 플레이트 중심 방향을 따라 적어도 4개의 격벽이 형성되어 분할되고 격벽과 격벽 사이의 분할 공간에 복수의 퍼지 홈이 타공되어 있는, 로터리 밸브.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 퍼지영역에 형성된 복수의 퍼지 홈은 격벽 사이의 간격에 기초하여 각 퍼지 홈의 직경이 다르게 타공되어 있는, 로터리 밸브.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 퍼지영역의 분할 공간에 형성된 복수의 퍼지 홈은 디스크 플레이트의 중심에 가까울수록 퍼지 홈의 직경이 작게 타공되어 있는, 로터리 밸브.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 로터리 밸브를 포함하는 축열식 연소산화장치.

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