KR200241561Y1 - 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배기가스 정화장치에 관한 것으로, 상부 및 하부에 부착된 후드(1,3)를 통해 배기가스 공급관(60) 및 분진포집구(70)가 각각 연결된 원통형상의 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 상부 커버(5)에 형성된 가스배출공(5A)으로부터 수직으로 결합되며, 법선방향으로 형성된 관통공(11)을 통해 배기가스를 분사시키는 배기가스 분사관(20)과, 상기 배기가스 분사관(20)의 외부에 결합되어 배기가스를 고속으로 회전시키는 와류형성 실린더(30)와, 와류에 의한 원심력으로 배기가스의 분진을 분리시키는 사이클론 챔버(40)와, 상기한 과정에 따라 분리된 분진을 하부방향으로 포집시키는 원추형상의 확산관(50)으로 이루어진다.

이와 같은 본 고안은 배기가스의 배기압력을 이용하여 분진을 고속으로 회전시키는 한편, 이와 같은 과정에서 발생한 원심력에 의해 분진을 제거함으로써 배기가스의 분진을 효과적으로 감소시키고, 단순한 구조에 의해 초기 설치비용 및 운전비용을 줄일 수 있다.

Description

버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치{An industrial waste incinerator using Vortex tube theory}

본 고안은 매연 제거장치에 관한 것으로, 상세하게는 배기가스의 배기 압력을 이용하여 분진을 고속으로 회전시키는 한편, 이와 같은 과정에서 발생한 원심력에 의해 분진을 제거함으로써 배기가스의 분진을 효과적으로 감소시키고, 단순한 구조에 의해 초기 설치비용 및 운전비용을 줄일 수 있도록 구성한 것으로, 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

일반적으로 소각로를 비롯하여 열교환기 및 동력장치나 제련장치와 같이 연소에 의해 동작이 이루어지거나 열을 이용한 설비의 가동시에는 필수적으로 배기가스가 배출되는데, 이와 같은 배기가스중에는 다량의 분진이나 유해가스가 함유된다.

따라서 상기한 바와 같은 장치에서 배기가스의 최종 배출경로에는 정화장치를 설치함으로써 배기가스중의 분진이 상기한 정화장치를 경유하는 과정에서 제거되도록 한다.

한편, 상기한 바와 같은 배기가스 배출경로에 설치되는 정화장치로는 필터에 의해 배기가스의 분진을 직접 여과시키는 장치를 비롯하여, 분진을 대전시켜 분진을 구성하는 입자를 전기적으로 흡착시키는 정전방식의 집진장치 및 촉매에 의해 화학적으로 배기가스를 제거하는 장치 등 다양한 방식의 정화장치가 알려져 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래의 정화장치에서 필터를 이용한 집진장치는 주기적으로 필터를 점검 및 교체시켜야 하므로 운전과정에서 많은 인력과 비용이 소모되는 등의 문제점이 따르며, 정전방식의 집진장치는 분진의 제거가 비효율적으로 이루어지는 관계로 배기가스에 다량의 분진이 함유될 경우에는 분진의 일부가 대기중으로 방출되는 등의 문제점이 발생한다.

이와 함께 촉매에 의해 배기가스의 분진을 제거할 경우에는 복잡한 구조의 장치를 필요로 하는 것과 함께 초기 설치시 고가의 비용이 투입되었으며, 특히 처리능력이 제한된 관계로 다량의 배기가스가 발생할 경우에는 적용이 곤란하다는 등의 많은 문제점이 따르게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 종래의 정화장치가 갖는 문제점을 해결하기 위한 고안으로는, 본원 출원인이 2000년 실용신안등록출원 제 10314호로서 선출원한 배기가스 정화장치가 알려져 있다.

이와 같은 본원 출원인이 선출원한 2000년 실용신안등록출원 제 10314호는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 배기가스 공급관(110)을 와류챔버(120)의 상부로부터 법선방향으로 연결시키고, 와류챔버(120)의 하부에 보조 와류챔버(130)를 결합시키는 한편, 와류챔버(120)의 상부로부터 분사노즐(140)을 법선방향으로 결합시키고, 상기한 분사노즐(140)을 통해 상온의 압축공기를 분사시킴으로써 강제와류에 의해 배기가스를 냉각시키고, 배기가스중의 분진을 제거시키도록 구성한 것이다.

이와 같은 본원 출원인의 선출원은 유해가스가 와류챔버(120)를 경유하는 과정에서 법선방향으로 설치된 배기가스 공급관(110) 및 분사노즐(140)을 통해 분사된 압축공기에 의해 강제와류가 형성됨으로써 이러한 과정에서 발생한 원심력에 의해 분진이나 유해가스가 제거되며, 특히 와류챔버(120)를 다단으로 구성함에 따라 각 와류챔버(120)를 순차적으로 경유함으로써 배기가스에 대한 처리용량을 높이고, 분진을 효과적으로 제거할 수 있다.

그런데 이와 같은 본원 출원인의 선출원은 배기가스에 함유된 분진을 효율적으로 제거할 수 있는 동시에 미세한 분진을 효과적으로 제거할 수 있는 반면, 배기가스로부터 분진을 분리시키는 과정에서 압축공기를 필요로 하는 등의 문제점이 따른다.

본 고안은 상기한 바와 같은 본원 출원인의 선출원을 포함한 종래의 배기가스 정화장치가 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 기술적 과제는, 배기가스의 배기압력을 이용하여 분진을 포함한 배기가스를 고속으로 회전시키는 한편, 이와 같은 과정에서 발생한 원심력에 의해 배기가스로부터 분진을 제거함으로써 배기가스의 분진을 효과적으로 감소시키고, 단순한 구조에 의해 초기 설치비용 및 운전비용을 줄일 수 있는 버텍스 튜브(Vortex tube)이론이 적용된 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 본 고안의 기술적 과제는, 상부 및 하부 주연부에 배기가스 공급관 및 분진포집구가 각각 연결되는 원추형상의 후드가 부착되고, 상부 커버 및 하부 커버의 중앙부에 가스배출공이 각각 형성된 원통형상의 챔버;

상기 챔버의 상부 커버에 형성된 가스배출공으로부터 수직으로 결합되며, 내부 및 외부를 연통시킨 다수의 관통공을 법선방향으로 연속 형성하고, 상부를 통해 유입된 배기가스가 상기 관통공으로 배출되도록 저부를 밀폐시킨 배기가스 분사관;

상기 배기가스 분사관의 외부에 결합되어 상기 관통공을 통해 분사된 배기가스를 내벽면을 통해 회전시키는 와류형성 실린더;

상기 와류형성 실린더의 하부에 연결되어 와류에 의해 형성된 원심력으로 배기가스의 분진을 분리시키는 사이클론 챔버; 및

상기 사이클론 챔버의 하부에 연결되어 사이크론 챔버를 통해 배출된 배기가스를 확산시켜 배기가스의 온도 및 압력을 감소시키고, 배기가스의 분진을 하부방향으로 포집시키는 원추형상의 확산관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치를 제공함으로써 달성된다.

이하, 본 고안에 의한 배기가스 정화장치를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 배기가스 정화장치의 일례를 도시한 단면 구조도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3은 본 고안의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치의 일부분을 절단한 사시도,

도 4는 본 고안의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치의 단면 구조도,

도 5는 본 고안의 다른 실시예를 보인 단면도 ,

도 6는 본 고안을 구성하는 배기가스 분사관의 단면도,

도 7은 본 고안에 의한 배기가스 정화장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1,3 : 후드 5 : 상부 커버

5A,7A : 가스배출공 7 : 하부 커버

10 : 챔버 11 : 관통공

20 : 배기가스 분사관 30 : 와류형성 실린더

40 : 사이클론 챔버 50 : 확산관

60 : 배기가스 공급관 70 : 분진포집구

도 3은 본 고안의 일실시예에 의한 정화장치의 일부분을 절단한 사시도이고, 도 4는 본 고안의 일실시예에 의한 정화장치의 단면 구조도로서, 본 고안에 의한 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치(100)는, 본 고안의 외형을 이루는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내부로부터 수직으로 결합되는 배기가스 분사관(20)과, 상기 배기가스 분사관(20)의 외부에 결합되어 배기가스를 고속으로 회전시키는 와류형성 실린더(30)와, 원심력에 의해 배기가스의 분진을 분리시키는 사이클론 챔버(10)와, 상기한 사이클론 챔버(40)의 하부에 결합되는 확산관(50)으로 이루어진다.

여기서 배기가스 분사관(20) 및 와류형성 실린더(30)와, 사이클론 챔버(40) 및 확산관(50)의 결합공간을 제공하는 원통형의 챔버(10)는 상부 및 하부의 주연부에 배기가스 공급관(60) 및 분진포집구(70)가 각각 연결되는 원추형상의 후드(1,3)가 부착되며, 상부 및 하부에 각각 부착된 커버(5,7)의 내측에는 가스배출공(5A,7A)이 각각 형성된다.

이때, 상부 커버(5) 및 하부 커버(7)의 가스배출공(5A,7A)은 각각 동일한 중심축선상에 형성되도록 함으로써 내측에 결합되는 배기가스 분사관(20) 및 와류형성 실린더(30)와, 사이클론 챔버(40) 및 확산관(50)이 각각 동축으로 결합되도록 한다.

계속해서 챔버(10)의 상부 커버(5)에 형성된 가스배출공(5A)으로부터 수직으로 결합되는 배기가스 분사관(20)은, 상부를 통해 유입된 배기가스가 외부로 분사되도록 다수의 관통공(11)이 연속 형성된다.

이때, 상기한 관통공(11)은 배기가스로부터 일정한 방향의 흐름이 유도되도록 도 6과 같이 배기가스 분사관(20)으로부터 법선방향으로 각각 형성되도록 하며, 이와 함께 배기가스 분사관(20)의 하부를 밀폐시킴으로써 관통공(11)을 통해 분사되는 배기가스의 분사압력을 높이도록 한다.

계속해서 상기한 배기가스 분사관(20)의 외부에 결합되는 와류형성 실린더(30)는 배기가스 분사관(20)의 관통공(11)을 통해 분사된 배기가스의 확산을 방지하는 한편, 내주면을 통해 배기가스가 일정한 방향으로 회전시킴으로써 와류를형성시키도록 구성한 것으로, 배기가스 분사관(20)의 직경보다 큰 직경으로 이루어

진 것으로 버텍스 튜브 이론을 적용하여 구성한 것이다.

상기한 버텍스 튜브 이론은 공기흐름의 속도가 실린더의 중심으로부터 바깥방향으로 증가하게 되고, 마찬가지로 공기압력도 회오리 흐름의 회전작용 때문에 중가하며, 에너지는 내부 마찰때문에 중심으로부터 바깥방향으로 증가한다는 것으로, 이에 따라 와류형성 실린더(30)의 중심부분에 있는 공기는 그것의 온도를 더 낮게 하는 에너지를 잃고 회오리흐름의 바깥공기는 안으로부터 에너지를 얻어 높은 온도가 된다는 것으로, 이와 같은 과정에 의해 배출된 배기가스의 부피를 줄일 수 있고, 냉각이 완료된 상태에서 연소잔류물을 저감시킬 수 있다.

계속해서 상기한 바와 같은 버택스 튜브 이론이 적용된 와류형성 실린더(30)의 하부에는 사이클론 챔버(40)가 연결되는데, 상기한 사이클론 챔버(40)는 상부에 결합된 와류형성 실린더(30)를 통해 유입된 배기가스가 하부의 배기공(31)을 배출되는 과정에서 고속으로 회전하는 상태로 배출되도록 함으로써 원심력에 의해 내벽면으로 분진을 충돌시켜 배기가스로부터 분진을 분리시킨다.

이와 함께 상기 사이클론 챔버(40)의 하부에 연결되는 확산관(50)은 사이클론 챔버(40)를 통해 배출된 배기가스를 확산시켜 배기가스의 온도 및 압력을 감소시키도록 상부가 큰 직경을 갖는 원추형상으로 이루어진다.

한편, 상기한 바와 같이 챔버(10)의 내부에 결합되는 배기가스 분사관(20) 및 와류형성 실린더(30)와, 사이클론 챔버(40) 및 확산관(50)의 조립체의 배기효율을 높이고자 할 경우에는 도 5와 같이 챔버(10)의 중심으로부터 등간격으로 복수개를 설치하게 되는데, 예로써 다량의 배기가스가 발생하는 설비에 사용할 경우에는 상기한 조립체를 증가설치하고, 소량의 배기가스가 발생하는 설비에 적용할 경우에는 상기한 조립체를 감소시켜 배기효율의 저하를 방지하는 한편, 배기가스의 압력이 급격히 저하하는 것을 방지하여 와류의 형성이 원활히 이루어지도록 한다.

도면중 미설명 부호1A는 배기가스 공급관이 결합되도록 상부 후드(1)에 형성한 설치공이고, 부호 3A는 분진포집구가 결합되도록 하부 후드(3)에 형성한 설치공이다.

상기한 구성으로 이루어진 본 고안의 작용 및 효과를 이하에서 설명한다.

본 고안에 의한 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치(100)는, 소각로를 비롯하여 열교환기 및 동력장치나 제련장치와 같이 열을 이용한 설비나 다량의 배기가스가 발생하는 설비의 배기시스템에 설치되어 배기가스에 함유된 분진 등을 제거한다.

도 7은 본 고안에 의한 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치(100)의 작용을 설명하기 위한 도면으로, 본 고안의 입구측으로는 배기시스템의 최종 배출구를 이루는 배기가스 공급관(60)이 결합되고, 출구측으로는 분진포집구(70)가 결합된다.

이와 같은 본 고안은 배기가스 공급관(60)을 통해 배출되면, 상기한 배기가스는 분사압력에 의해 챔버(10)의 가스배출공(5A)으로부터 수직으로 결합된 배기가스 분사관(20)으로 이동한다.

이때, 배기가스 분사관(20)은 다수의 관통공(11)이 법선방향으로 연속 형성됨으로써 와류형성 실린더(30)의 공간으로 배출되는 배기가스가 일정한 방향으로 고속회전되도록 하는 한편, 이에 따라 와류형성 실린더(30)로부터 사이클론 챔버(40)로 배출되는 배기가스가 와류형태로 배출되도록 한다.

상기한 과정을 통해 사이클론 챔버(40)로 배출된 와류형태의 배기가스는 상기한 사이클론 챔버(40)의 내주면을 통해 하부방향으로 이동하는 과정에서 고속으로 회전하게 되므로 내부의 분진이 원심력에 의해 사이클론 챔버(40)의 내벽과 충돌하는 한편, 이에 따라 배기가스로부터 분진이 분리되어 하부방향으로 포집되며, 사이클론 챔버(40)의 하부에 형성된 배출공(31)을 경유한 배기가스는 배출공(31)보다 큰 직경을 갖는 확산관(50)으로 이동하는 과정에서 배기가스의 온도 및 압력을 감소시키고, 배기가스의 분진을 하강시켜 하부 후드(3)에 결합된 분진포집구(70)를 통해 분진이 포집되도록 한다.

상기한 바와 같은 본 고안은 배기가스의 배출압력을 이용하여 와류를 형성시킴으로써 압축가스나 별도의 동력이 불필요하므로 적은 운전비용으로 배기가스로부터 효율적인 분진의 제거가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은, 배기가스의 배기압력을 이용하여 분진을 포함한 배기가스를 고속으로 회전시키는 한편, 이와 같은 과정에서 발생한 원심력에 의해 배기가스로부터 분진을 제거함으로써 배기가스의 분진을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

또한 본 고안은 단순한 구조에 의해 초기 설치비용을 줄일 수 있으며, 동작과정에서 압축공기를 포함한 별도의 동력이 불필요하므로 운전비용을 줄일 수 있는 등의 많은 효과가 있다.

이상에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 실용신안등록청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 상부 및 하부 주연부에 배기가스 공급관(60) 및 분진포집구(70)가 각각 연결되는 원추형상의 후드(1,3)가 부착되고, 상부 커버(5) 및 하부 커버(7)의 중앙부에 가스배출공(5A,7A)이 각각 형성된 원통형상의 챔버(10);

   상기 챔버(10)의 상부 커버(5)에 형성된 가스배출공(5A)으로부터 수직으로 결합되며, 내부 및 외부를 연통시킨 다수의 관통공(11)을 법선방향으로 연속 형성하고, 상부를 통해 유입된 배기가스가 상기 관통공(11)으로 배출되도록 저부를 밀폐시킨 배기가스 분사관(20);

   상기 배기가스 분사관(20)의 외부에 결합되어 상기 관통공(11)을 통해 분사된 배기가스를 내벽면을 통해 회전시키는 와류형성 실린더(30);

   상기 와류형성 실린더(30)의 하부에 연결되어 와류에 의해 형성된 원심력으로 배기가스의 분진을 분리시키는 사이클론 챔버(40); 및

   상기 사이클론 챔버(40)의 하부에 연결되어 사이크론 챔버(40)를 통해 배출된 배기가스를 확산시켜 배기가스의 온도 및 압력을 감소시키고, 배기가스의 분진을 하부방향으로 포집시키는 원추형상의 확산관(50)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 챔버(10)는, 상부 커버(5) 및 하부 커버(7)의 내측에 다수개의 가스배출공(5A,7A)을 각각 방사상으로 연속 형성하고, 상기 각 가스배출공(5A,7A)의 사이에 배기가스 분사관(20), 와류형성 실린더(30), 사이클론 챔버(40) 및 확산관(50)으로 이루어진 조립체를 각각 수직으로 연결시킨 것을 특징으로 하는 버택스 튜브 이론을 이용한 배기가스 정화장치.