KR20030012676A - 촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도장공정, 코팅공정, 인쇄공정, 페인트 제조공정 등과 같은 곳에서 발생되는 휘발성유기화합물을 촉매연소에 의한 직접 열교환방식에 의해 경제적이고 효율적으로 제거하는 촉매소각장치에 관한 것이다.

본 발명은 촉매연소방식으로 휘발성유기화합물을 소각 처리하여 낮은 온도에서도 완전 연소가 이루어지고, 연소에 의해 가열된 배기가스를 처리하고자 하는 유입가스와 향류로 접촉시켜 직접 열교환하여 현열을 최대한 이용할 수 있기 때문에 예열에 필요한 열량을 줄일 수 있고, 휘발성유기화합물의 연소열을 효율적으로 사용할 수 있으며, 보조 열원을 아주 사용하지 않거나 그 양을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 초기 점화와 예열을 위한 히터와 향류 열교환기와 연소촉매를 일체화 및 모듈화하여, 시스템이 소형화되고 모듈의 개수를 증감시키는 것을 통해 휘발성유기화합물의 처리에 필요한 용량에 용이하게 조절할 수 있다.

Description

촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치 {Incinerator of Volatile Organic Compound Using Catalytic Combustion}

본 발명은 산업공정에서 배출되는 유기용제를 제거하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 도장공정, 코팅공정, 인쇄공정, 페인트 제조공정 등과 같은 곳에서 발생되는 휘발성유기화합물을 촉매연소방식으로 소각처리하는 휘발성유기화합물 소각처리장치에 관한 것이다.

페인트 제조, 인쇄, 자동차 도장, 일반 도장 및 금속과 플라스틱의 코팅 공장과 같이 유기용제를 사용하는 곳에서는 제품의 생산 과정에서 필연적으로 유기용제를 배출한다. 이와 같이 산업공정에서 배출되는 유기용제를 통칭하여 휘발성유기화합물(volatile organic compound, VOC)이라 부른다.

이 휘발성유기화합물은 대부분 낮은 농도로 존재하기는 하지만 암 유발과 같이 인체에 상당한 피해를 주며, 태양광선을 받아 질소산화물과 반응하여 광학적 스모그를 생성하고, 지구온난화와 오존층을 파괴하여 국제적인 환경문제로 인식된 지 오래되었다. 국내에서는 1995년 12월 대기환경보전법을 개정하여 VOC의 관련 근거를 마련하였고, 이에 따라 1999년부터 대기환경보전법 제28조의 2규정에 의하여 지정된 대기환경규제지역에 대하여 휘발성유기화합물을 규제하도록 하고 있다.

산업공정에서 사용되고 있는 휘발성유기화합물은 대부분 비점이 낮기 때문에 대기 중에 노출되면 휘발되어 악취를 발생할 뿐만 아니라, 밀폐된 공간에서는 화재 발생의 요인이 되기도 한다. 휘발성유기화합물이 공정에서 배출될 때 농도가 높으면 소각하여 열원으로 이용할 수 있지만, 대부분 공정에서는 VOC가 낮은 농도로 배출되기 때문에 소각하기 위해서는 보조 연료가 있어야 한다.

종래에는 낮은 농도로 배출되는 휘발성유기화합물을 처리하기 위하여 활성탄 흡착탑이나 세정장치를 설치하여 처리하였다. 하지만, 활성탄 교체비용이 매우 커서 활성탄을 자주 교체하지 않음으로써, 활성탄 흡착탑이 제 성능을 다하지 못하고, 세정장치에서도 물을 계속 순환시키면 유기물질이 포화되어 더 이상 유기물질을 제거하지 못한다. 또한, 이러한 종래의 처리장치는 설치비가 매우 비싸기 때문에 비교적 규모가 큰 공장에나 설치되어 있고, 규모가 작은 공장에서는 강제 송풍에 의해 공기와 희석하여 대기로 방출하는 방법을 주로 사용하고 있다.

최근 환경에 대한 관심이 집중되어 정부에서 규제가 점점 강화됨에 따라 여러 가지 처리방법이 대두되었는데, 그 방법 중 하나가 촉매연소방법이다. 촉매연소는 1970년대부터 활발히 연구되기 시작하여 가스연료를 열원으로 하는 연소기로 널리 활용되고 있다. 촉매연소란 연소반응이 촉매 표면에서 일어나기 때문에 화염연소보다 낮은 온도에서도 연소반응이 일어난다. 즉, 화염연소를 이용하면 화염이 없이 연소(무화염 연소)가 가능하다. 국내에서 촉매연소에 대한 연구는 1990년대 초반부터 시작되었으며, 일부 기업체에서만 외국의 기술을 도입하여 1990년대 중반부터 촉매연소를 이용한 휘발성유기화합물 처리시설을 설치하여 가동하고 있을 뿐이다.

휘발성유기화합물을 소각 처리하는 기술에는 화염연소를 이용하는 방법과 촉매연소를 이용하는 방법이 있는데, 효율적인 처리방법은 휘발성유기화합물의 농도에 의해 결정된다. 휘발성유기화합물의 농도가 6000 ppm 이상으로 높은 경우에는 직접 열 소각하여 처리하는 방법이 효과적이다. 하지만, 휘발성유기화합물의 농도가 6000 ppm 보다 낮은 경우에는 보조연료를 공급해야 하기 때문에 열 소각으로 처리하면 경제성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 농도가 낮아 열 소각하기 힘든 휘발성유기화합물은 촉매연소를 이용하여 처리하는데, 이 경우에도 휘발성유기화합물의 농도가 2000 ppm 이하로 너무 낮은 경우에는 촉매연소를 유지하기 위한 에너지가 많이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 촉매연소 방식으로 휘발성유기화합물을 소각 처리함으로써 낮은 온도에서도 완전 연소가 이루어지도록 하여 예열에 필요한 열량을 줄이고, 연소에 의해 가열된 배기가스와 유입가스를 향류 방식으로 직접 접촉하여 열교환이 이루어지도록 함으로써 배기가스가 가지고 있는 현열을 최대한 이용할 수 있도록 한 촉매연소방식의 휘발성유기화합물의 소각처리장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 초기 점화 및 예열을 위한 히터와 열교환기와 연소촉매를 일체화하고 모듈화함으로써 휘발성유기화합물이 가지고 있는 연소열을 효율적으로 이용하고 시스템을 소형화할 수 있도록 한 촉매연소방식의 휘발성유기화합물의 소각처리장치를 제공하기 위한 것이기도 하다.

도 1은 본 발명에 따른 단일모듈의 평판형 열교환장치를 이용한 휘발성유기화합물의 소각처리장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 단일모듈의 이중관 열교환장치를 이용한 휘발성유기화합물의 소각처리장치의 구성도,

도 3과 도 4는 도 1의 단일모듈의 평판형 열교환장치에서 전열면적과 전열계수를 향상시킨 휘발성유기화합물의 소각처리장치의 구성도,

도 5는 도 2의 단일모듈의 이중관 열교환장치에서 전열면적과 전열계수를 향상시킨 휘발성유기화합물의 소각처리장치의 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 단일모듈의 평판형 열교환장치를 여러 개 결합하여 열손실을 최대한 억제한 휘발성유기화합물의 소각처리장치의 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 단일모듈의 이중관 열교환장치를 여러 개 결합하여 열손실을 최대한 억제한 휘발성유기화합물의 소각처리장치의 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 : 송풍기

120, 220, 320, 420, 520, 620, 720 : 향류식 열교환기

121 : 단일 판122, 223 : 연소촉매

123, 224 : 히터124, 226 : 열전대

125, 225 : 과잉열방출구127, 221 : 유입통로

128, 222 : 배출통로129, 227 : 단열재

321, 521 : 핀

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 소각처리장치는, 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 송풍하는 송풍기; 상기 기체에 포함된 휘발성유기화합물을 촉매 연소시키는 연소촉매; 및 상기 연소촉매가 장착되며, 상기 연소촉매로 공급되는 기체와 연소 후 배출되는 기체가 향류 열교환되도록 형성된 향류식 열교환수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 소각처리장치는, 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 송풍하는 송풍기; 상기 송풍되는 기체에 포함된 휘발성유기화합물을 촉매 소각하여 정화된 기체를 배출하는 다수의 단위 소각처리모듈; 및 상기 송풍되는 기체를 상기 다수의 단위 소각처리모듈에 일정하게 공급하는 기체 분배기를 포함하고, 상기 단위 소각처리모듈은, 상기 송풍되는 휘발성유기화합물을 촉매 연소시키는 연소촉매와; 상기 연소촉매가 장착되고, 상기 연소촉매로 공급되는 기체와 연소 후 배출되는 기체가 향류 열교환되도록 형성된 향류식 열교환수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 휘발성유기화합물 소각처리장치는, 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 장치에 공급하는 송풍기와, 휘발성유기화합물을 촉매소각하는 연소촉매와, 연소촉매가 장착되고 연소촉매로 유입되는 기체와 연소촉매로부터 배출되는 기체 사이에 향류 열교환이 이루어지도록 형성된 향류식 열교환기를 필수적으로 구비한다. 또한, 향류식 열교환기는 연소촉매로 유입되는 기체의 온도를 조절하기 위한 유입기체 온도조절수단을 더 포함하는데, 이 유입기체 온도조절수단에는 유입기체를 가열하는 히터와, 유입기체의 열을 외부로 방출하는 과잉열방출구와, 연소촉매의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대의 온도 측정값에 따라 히터와 과잉열방출구를 조절하는 컨트롤러를 구비한다. 이 향류식 열교환기는 판형 열교환기 구조 또는 이중관형 열교환기 구조로 형성할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치"를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 단일모듈의 판형 열교환기를 이용한 촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는, 송풍기(110)와 판형 열교환기(120)로 대별된다. 송풍기(110)는 판형 열교환기(120)에 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 송풍하고, 판형 열교환기(120)는 단일 판(121)에 의해 유입기체(??)의 통로(127)와 배출기체(??)의 통로(128)를 분리하되, 이 유입기체와 배출기체가 향류 방식으로 서로 열교환되도록 형성된다.

또한, 이 판형 열교환기(120) 내부에는 휘발성유기화합물을 촉매 연소시키는 연소촉매(122), 연소촉매(122)로 유입되는 기체를 가열하는 히터(123), 유입기체의 열량을 판형 열교환기(120)의 외부로 방출시키는 과잉열방출구(125), 연소촉매(122)의 온도를 측정하는 열전대(124), 열전대(124)의 온도 측정값에 따라 과잉열방출구(125)를 개폐하거나 히터(123)를 구동하여 판형 열교환기(120) 내부의 온도를 조절하는 컨트롤러(미도시)를 구비한다. 이 판형 열교환기(120)는 단열재(129)에 의해 둘러싸여 외부로부터 단열되도록 형성된다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 단일모듈의 판형 열교환기를 이용한 촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

시동 초기, 송풍기(110)를 통해 휘발성유기화합물이 포함된 유입기체가 향류 방식의 판형 열교환기(120)의 유입통로(127)를 따라 공급되며, 이 판형 열교환기(120) 내부에서 유입기체는 히터(123)에 의해 촉매연소반응이 일어날 수 있는 온도까지 가열된 다음 연소촉매(122)에 공급된다. 연소촉매(122)는 이 유입기체 내에 함유되어 있는 휘발성유기화합물을 완전 소각하여 고온의 연소가스를 배출하며, 고온의 배출기체는 판형 열교환기(120)의 배출통로(128)를 따라 이동한 후 밖으로 배출된다. 이때 고온의 배출기체가 배출통로(128)를 따라 이동하는 동안에 배출기체와 유입기체 사이에 향류 열교환이 이루어져 배출기체의 열이 유입기체 쪽으로 전달되기 때문에, 배출기체의 온도는 낮아진다.

이 판형 열교환기(120)는 단열재(129)에 의해 단열되고 그 내부에서는 향류 열교환이 일어나기 때문에, 촉매연소에 의해 발생된 열에 의해 유입기체가 가열된다. 열전대(124)는 이 연소촉매(122)로 공급되기 직전의 유입기체의 온도를 측정하여, 그 측정된 온도가 규정된 온도 즉, 촉매연소반응이 일어날 수 있는 온도 이상이면 히터(123)의 구동을 정지시킨다.

또한, 기체 중에 포함된 휘발성유기화합물의 농도가 높으며 촉매연소반응에 의해 많은 열이 발생되는데, 이 열이 외부로 배출되지 않기 때문에 유입기체의 온도가 필요이상으로 높아질 수 있다. 유입기체의 온도가 연소촉매의 내구 온도 이상으로 상승하면 이 연소촉매의 수명이 단축되는 문제점이 발생한다. 본원발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 과잉열방출구(125)를 이용한다. 즉, 열전대(124)의 온도 측정값이 규정된 온도 이상으로 상승하면 과잉열방출구(125)를 개방하여 유입기체의 열이 외부로 방출되도록 한다.

상술한 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 소각처리장치는, 촉매연소방식을 도입하여 낮은 온도에서도 연소반응이 일어날 수 있도록 하며, 휘발성유기화합물의 연소에 의해 발생된 열을 향류방식으로 최대한 회수함으로써, 유입기체를 가열하는소비열량을 최소화한다. 또한, 촉매연소되는 기체의 열이 필요 이상으로 높아지면 그 과잉열의 일부를 외부로 방출시킴으로써, 고온에 의한 촉매의 수명 감소를 억제한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일모듈의 이중관형 열교환기를 이용한 촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는, 송풍기(210)와 이중관형 열교환기(220)로 대별된다. 송풍기(210)는 이중관형 열교환기(220)에 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 송풍하고, 이중관형 열교환기(220)는 유입기체(??)의 통로(221)와 배출기체(??)의 통로(222)가 이중관을 형성하는 구조이며, 이 유입기체와 배출기체가 향류 방식으로 상호 열교환이 이루어지도록 형성된다.

또한, 이 이중관형 열교환기(220) 내부에는 휘발성유기화합물을 촉매 연소시키는 연소촉매(223), 연소촉매(223)로 유입되는 기체를 가열하는 히터(224), 유입기체의 열량을 이중관형 열교환기(220)의 외부로 방출시키는 과잉열방출구(225), 연소촉매(223)의 온도를 측정하는 열전대(226), 열전대(226)의 온도 측정값에 따라 과잉열방출구(225)를 개폐하거나 히터(224)를 구동하여 이중관형 열교환기(220) 내부의 온도를 조절하는 컨트롤러(미도시)를 구비한다. 이 이중관형 열교환기(220)는 단열재(227)에 의해 둘러싸여 외부로부터 단열되도록 형성된다.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 단일모듈의 이중관형 열교환기를 이용한 촉매연소방식의 휘발성유기화합물 소각처리장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 2의 휘발성유기화합물 소각처리장치와 도 1의 휘발성유기화합물 소각장치의 차이점은 향류식 열교환기의 구조인데, 도 1은 향류식 판형 열교환기 구조이고 도 2는 향류식 이중관형 열교환기 구조이다. 이 이중관형 열교환기 구조는 제작이 용이하고, 다수 개의 이중관형 열교환기를 연결하여 사용할 때 유입기체의 분배를 쉽게 할 수 있는 잇점이 있다.

송풍기(210)에 의해 공급되는 유입기체는 유입통로(221)를 따라 이동하고 히터(224)와 열전대(226)를 통과한 다음 연소촉매(223)에 제공되며, 연소촉매(223)에서 촉매연소반응이 일어난 후 배출통로(222)를 따라 외부로 배출된다.

초기 구동시, 유입기체는 촉매연소반응이 일어날 수 있는 온도가 아니기 때문에 히터(224)가 가동하여 유입기체를 가열한다. 그러나, 촉매연소반응이 진행되면, 그 반응열이 배출기체에서 유입기체 쪽으로 향류 열교환이 이루어지기 때문에 유입기체의 온도가 상승하게 된다. 열전대(226)에서 측정되는 유입기체의 온도가 설정 온도 이상으로 상승하면, 히터(224)는 구동을 정지한다. 유입기체의 온도가 더 상승하여, 열전대(226)에서 측정되는 유입기체의 온도가 과열된 상태이면 과잉열방출구(225)를 개방하여 유입기체의 열 일부가 외부로 방출시킨다.

도 3과 도 1에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치의 전열계수를 향상시키기 위해 설계된 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 3에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는 크게 송풍기(310)와 향류식 판형 열교환기(320)로 대별된다. 이 판형 열교환기는 도 1에 도시된 판형 열교환기 구조에서, 유입통로와 배출통로에 다수의 핀(321)을 부착하여 구성된다. 다수의 핀이 부착된 것을 제외하면 이 향류식 판형 열교환기(320)의 구성과 동작은 도 1에서 설명한 것과 동일한 바, 본 실시예에서는 그 상세한 언급은 생략한다.

일반적으로 향류식 열교환기에서 유입기체의 온도는 전열면적과 전열계수에 의해 결정된다. 즉, 전열면적이 넓고 전열계수가 크면 클수록 배출기체로부터 유입기체에 전달되는 열량이 많기 때문에 유입기체를 가열하기 위해 필요한 전기에너지 비용을 줄일 수 있다. 도 3에 도시된 휘발성유기화합물의 소각처리장치는 유입통로와 배출통로에 다수의 핀을 부착하여, 단위 부피 당 전열면적을 넓히고 전열계수를 크게 함으로써, 장치의 크기는 줄이면서도 높은 효율을 얻을 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치의 전열계수를 향상시키기 위해 설계된 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 4에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는 크게 송풍기(410)와 향류식 판형 열교환기(420)로 대별된다. 이 판형 열교환기(420)는 도 1에 도시된 판형 열교환기 구조에서, 단일 판을 포함하는 유입통로와 배출통로에 다수의 굴곡(421)을 형성하여 구성한다. 단일 판과 두 통로에 다수의 굴곡이 형성된 것을 제외하면, 이 향류식 판형 열교환기(420)의 구성과 동작은 도 1에서 설명한 것과 동일한 바, 본 실시예에서는 그 상세한 언급은 생략한다.

앞서 설명한 도 3의 휘발성유기화합물 소각처리장치는 전열면적을 향상시켜 전열계수를 향상시키기 위한 구조인데 반해, 도 4의 휘발성유기화합물 소각처리장치는 기체의 흐름을 변화시켜 전열계수를 향상시키기 위한 구조이다. 판형 열교환기를 도 4와 같이 형성하면, 소각처리장치의 크기는 줄이면서도 비교적 저렴한 제작비용으로 높은 제거효율을 얻을 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치의 전열계수를 향상시키기 위해 설계된 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 5에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는 크게 송풍기(510)와 향류식 이중관형 열교환기(520)로 대별된다. 이 이중관형 열교환기는 도 2에 도시된 이중관형 열교환기 구조에서, 유입통로와 배출통로에 다수의 핀(521)을 부착하여 구성된다. 다수의 핀이 부착된 것을 제외하면, 상기 향류식 판형 열교환기(520)의 구성과 동작은 도 2에 설명한 것과 동일한 바, 본 실시예에서는 그 상세한 언급은 생략한다.

도 5에 도시된 휘발성유기화합물의 소각처리장치는 유입통로와 배출통로에 다수의 핀(521)을 부착하여, 두 통로를 통과하는 유체의 흐름을 바꾸고 방열면적을 넓혀서 전열계수를 향상시키기 위한 구조이다. 이렇게 단위 부피 당 전열면적을 넓히고 전열계수를 크게 함으로써, 소각처리장치의 크기는 줄이면서도 비교적 저렴한 제작비용으로 높은 제거효율을 얻을 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 향류식 판형 열교환장치를 이용한 단위 소각처리모듈을 여러 개 결합하여 구성한 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 6에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는 송풍기(610)와, 송풍되는 기체에 포함된 휘발성유기화합물을 촉매 소각하여 정화된 기체를 배출하는 다수의 단위 소각처리모듈(620)과, 송풍기에서 송풍되는 기체를 다수의 단위 소각처리모듈에 일정하게 공급하는 기체 분배기(미도시)를 구비한다. 각각의 단위 소각처리모듈은 도 1에 도시된 향류식 판형 열교환기 구조와 동일하게 유입통로, 히터, 열전대, 연소필터, 배출통로로 구성되며, 각 단위 소각처리모듈의 동작은 도 1에서 설명한 향류식 판형 열교환기와 동일한 바, 본 실시예에서는 그 상세한 설명은 생략한다.

송풍기(610)를 통해 공급된 휘발성유기화합물을 포함한 유입기체는 기체 분배기에서 각 단위 소각처리모듈로 일정하게 공급된다. 각 단위 소각처리모듈로 공급된 기체는 다수의 향류식 판형 열교환기에서 히터에 의해 가열되고 촉매 연소된 후, 배출통로를 통해 밖으로 배출된다. 이때 유입기체와 배출기체 사이에는 향류식 열교환이 이루어진다. 본원 발명은 도 1의 구조의 향류식 판형 열교환기를 모듈로 제작하여 여러 개를 결합시킴으로써, 소각처리장치를 소형화할 수 있고 열손실을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 6의 휘발성유기화합물 소각처리장치에서 각 단위 소각처리모듈은 도 3 내지 도 4와 같이 구성된 향류식 판형 열교환기를 이용할 수 있는 바, 이때에는 단위 부피 당 전열면적이 넓어지고 전열계수가 커져서, 전체 소각처리장치의 크기를 더욱 줄이면서도 높은 효율을 얻을 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 향류식 이중관형 열교환장치를 이용한 단위 소각처리모듈을 여러 개 결합하여 구성한 휘발성유기화합물 소각처리장치의 구성도이다.

도 7에 도시된 휘발성유기화합물 소각처리장치는 송풍기(710)와, 송풍되는 기체에 포함된 휘발성유기화합물을 촉매 소각하여 정화된 기체를 배출하는 다수의 단위 소각처리모듈(720)과, 송풍기(710)에서 송풍되는 기체를 다수의 단위 소각처리모듈(720)에 일정하게 공급하는 기체 분배기(미도시)를 구비한다. 각각의 단위 소각처리모듈은 도 2에 도시된 향류식 이중관형 열교환기 구조와 동일하게 유입통로, 히터, 열전대, 연소필터, 배출통로로 구성되며, 각 단위 소각처리모듈의 동작은 도 2에서 설명한 향류식 이중관형 열교환기와 동일한 바, 본 실시예에서는 그 상세한 설명은 생략한다.

송풍기(710)를 통해 공급된 휘발성유기화합물을 포함한 유입기체는 기체 분배기에 의해 분할되어 각 단위 소각처리모듈에 일정하게 공급된다. 각 단위 소각처리모듈로 공급된 기체는 다수의 향류식 판형 열교환기에서 히터에 의해 가열되고 촉매 연소된 후, 배출통로를 통해 밖으로 배출된다. 이때 유입기체와 배출기체 사이에는 향류식 열교환이 이루어진다. 본원 발명은 도 2의 구조의 향류식 이중관형 열교환기를 모듈로 제작하여 여러 개를 결합시킴으로써, 소각처리장치를 소형화할 수 있고 열손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 도 7의 휘발성유기화합물 소각처리장치에서 각 단위 소각처리모듈은 도 5와 같이 구성된 향류식 이중관형 열교환기를 이용할 수 있는 바, 이때에는 단위 부피 당 전열면적이 넓어지고 전열계수가 커져서, 전체 소각처리장치의 크기를 더욱 줄이면서도 높은 효율을 얻을 수 있다.

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 촉매연소방식을 채택하여 휘발성유기화합물을 소각처리함으로써 낮은 온도에서도 완전 연소가 이루어지도록 하여 예열에 필요한 열량을 줄이고, 연소에 의해 발생된 반응열을 유입기체에 향류방식으로 열교환시킴으로써 배기가스가 가지고 있는 현열을 최대한 이용할 수 있다.

또한, 휘발성유기화합물 소각처리를 위하여, 초기 점화와 예열을 위한 히터와, 유입기체와 배출기체의 향류식 열교환기와, 휘발성유기화합물 연소를 위한 연소촉매를 일체화함으로써 소형화와 모듈화가 가능하기 때문에 장치비를 줄일 수 있으며, 모듈의 개수를 증감시키는 것으로써 휘발성유기화합물의 처리용량을 조절할 수 있기 때문에 처리시설의 용량 변화에 쉽게 대응할 수 있다.

Claims (16)

1. 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 송풍하는 송풍기;

   상기 기체에 포함된 휘발성유기화합물을 촉매 연소시키는 연소촉매; 및

   상기 연소촉매가 장착되며, 상기 연소촉매로 공급되는 기체와 연소 후 배출되는 기체가 향류 열교환되도록 형성된 향류식 열교환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

   상기 연소촉매로 공급되는 기체의 온도를 제어하기 위한 유입기체 온도조절수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 유입기체 온도조절수단은,

   상기 연소촉매로 유입되는 기체를 가열하는 히터,

   상기 연소촉매로 유입되는 기체의 열량을 향류식 열교환수단의 외부로 방출시키도록 형성된 과잉열방출구,

   상기 연소촉매로 유입되기 직전의 기체의 온도를 측정하는 열전대, 및

   상기 열전대의 온도 측정값에 따라 상기 과잉열방출구를 개폐하고 상기 히터를 구동하는 컨트롤러를 포함한 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

   상기 연소촉매로 유입되는 기체의 통로와 연소촉매로부터 배출되는 기체의 통로가 단일 판에 의해 분리되도록 형성된 판형 열교환기 구조인 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

   상기 단일 판을 포함하는 두 통로에는 다수의 굴곡이 형성된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

   상기 연소촉매로 유입되는 기체의 통로와 연소촉매로부터 배출되는 기체의 통로가 서로 이중관을 형성하도록 된 이중관형 열교환기 구조인 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
7. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

   상기 연소촉매로 유입되는 기체의 통로와 연소촉매로부터 배출되는 기체의 통로에는 다수의 핀이 설치된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
8. 제 1 항에 있어서, 외부로부터 단열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
9. 휘발성유기화합물이 포함된 기체를 송풍하는 송풍기;

   상기 송풍되는 기체에 포함된 휘발성유기화합물을 촉매 소각하여 정화된 기체를 배출하는 다수의 단위 소각처리모듈; 및

   상기 송풍되는 기체를 상기 다수의 단위 소각처리모듈에 일정하게 공급하는 기체 분배기를 포함하고,

   상기 단위 소각처리모듈은, 상기 송풍되는 휘발성유기화합물을 촉매 연소시키는 연소촉매와; 상기 연소촉매가 장착되고, 상기 연소촉매로 공급되는 기체와 연소 후 배출되는 기체가 향류 열교환되도록 형성된 향류식 열교환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

    상기 연소촉매로 공급되는 기체의 온도를 제어하기 위한 유입기체 온도조절수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 유입기체 온도조절수단은,

    상기 연소촉매로 유입되는 기체를 가열하는 히터와, 상기 연소촉매로 유입되는 기체의 열량을 향류식 열교환수단의 외부로 방출시키도록 형성된 과잉열방출구와, 상기 연소촉매로 유입되기 직전의 기체의 온도를 측정하는 열전대와, 상기 열전대의 온도 측정값에 따라 상기 과잉열방출구를 개폐하고 상기 히터를 구동하는 컨트롤러로 구성된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

    상기 연소촉매로 유입되는 기체의 통로와 연소촉매로부터 배출되는 기체의 통로가 단일 판에 의해 분리되도록 형성된 판형 열교환기 구조인 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

    상기 단일 판을 포함하는 두 통로에는 다수의 굴곡이 형성된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
14. 제 9 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

    상기 연소촉매로 유입되는 기체의 통로와 연소촉매로부터 배출되는 기체의 통로가 서로 이중관을 형성하도록 된 이중관형 열교환기 구조인 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
15. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 향류식 열교환수단은,

    상기 연소촉매로 유입되는 기체의 통로와 연소촉매로부터 배출되는 기체의 통로에는 다수의 핀이 설치된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.
16. 제 9 항에 있어서, 외부로부터 단열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 소각처리장치.