KR20110033578A - 모듈형 회전식 저농도 voc 가스 농축장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치(100)는 흡착제를 저장하는 흡착제 베드(10)(도 3)와, 회전축(22)을 중심으로 상기 흡착제 베드(10)의 복수개를 모듈화하여 내장하는 원통형의 회전반응기(20)와, 상기 회전축(22)에 삽입되어 회전반응기(20)의 양단에 부착되는 고정체(30)와, 상기 회전반응기(20)와 상기 고정체(30)들과의 사이를 밀봉하는 실링부(도 5)와, 일정한 간격으로 각각의 베드(10)의 위치를 교환하도록 상기 회전반응기(20)를 소정 각도로 회전하는 구동수단을 포함함에 따라, 회전반응기와 고정체사이에 정밀하게 가공되어 고정된 내열 자석 고무가 회전하더라도, 소망하는 위치에서 서로 자력에 의해 결합되어 회전체에 대한 누설(leak) 현상을 방지할 수 있고, 회전간격을 설정할 수 있는 타이머와 공기를 공급하는 솔레노이드밸브를 통해 공압 실린더를 작동시켜 일정한 시간과 길이로 기어부재를 밀어주면서 정확한 회전각으로 회전체를 회전시키므로서 고정체와 회전체가 정확한 위치에서 맞추어짐에 따라, 내열 자석고무에 의한 자력으로 결합하는 실링이 가능해지며, 장착과 해체가 용이한 모듈형 흡착제 베드를 사용함으로서 흡착제의 교체가 용이하므로 호환성이 높고 유지 및 보수가 편리하다는 장점을 가진다.
흡착제 베드, 모듈형, 회전반응기, 내열 자석 고무, 고정체
Description
본 발명은 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업현장에서 발생하는 휘발성 유기화합물 가스의 처리시, 흡착제를 이용하여 저농도의 VOC 가스를 탈착시켜 고농도로 농축시키는 과정을 하나의 장치로 처리할 수 잇는 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound:VOC)는 10-2kPa 이상의 증기압을 가지는 탄화수소화합물의 총칭으로, 각종 산업공정, 세탁소, 인쇄소, 도장시설 및 주유소 등이 주요 배출원이라 할 수 있으며, 자체로 인체에 유해할 뿐만 아니라 도심스모그의 원인물질로서 대기오염, 수질오염, 악취 환경호르몬 등의 여러 가지 문제를 일으킨다.
이에 이러한 VOC 물질은 여러 다양한 방법을 적용하여 제거하고 있는 바, 점차 강화되는 환경규제에 맞추어 VOC의 제거효율을 높일 수 있는 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.
대표적인 일예로서, 도 1에는 휘발성 유기화합물의 흡착 및 촉매산화 기능을 동시에 가지는 허니컴 흡착촉매소자를 이용한 VOC 처리장치의 구성을 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, VOC를 흡착할 수 있는 흡착제 및 촉매가 담지되어 VOC의 흡착 및 촉매연소가 동시에 이루어지는 허니컴 흡착촉매소자(1)와, 이 허니컴 흡착촉매소자(1)를 흡착, 가열재생, 촉매연소, 냉각영역으로 분리하는 분리설비(5)와, 허니컴 흡착촉매소자(1)를 일정 속도로 회전시키는 회전모터(2)와, 배출공기를 허니컴 흡착촉매소자의 흡착영역으로 공급하는 오염물질 공급 송풍기(3)와, 탈기된 농축 VOC를 촉매연소영역으로 공급하고 또한 촉매연소영역에서 연소되어 얻어진 열원을 재생영역으로 공급하기 위한 농축공기 송풍기(4)로 구성되며, VOC의 흡착 및 촉매산화 기능을 동시에 가지는 하나의 허니컴 흡착촉매소자를 사용함으로서 별도의 촉매연소장치를 요구하지 않으므로 장치의 소형화와, 안정적이고 경제적인 운전과, 설비비가 감소되어 매우 콤팩트한 구성으로 VOC를 제거하는 장점을 가진다.
하지만, 이와 같은 방식과 같이 흡착, 탈착 및 냉각을 하나의 회전형 장치로서 적용하게 되면, 회전으로 인한 회전부의 실링(sealing)이 미흡하여 외부공기의 유입및 내부공기의 유출이 생기게 되고, 더구나 회전체를 모터를 이용하여 회전하게 되면, 각 흡착, 탈착 및 냉각영역의 정확한 교환이 이루어지지 않게 되어 각 영역의 유체가 섞임으로서 장치의 효율이 떨어지게 된다.
다른 예로서, 발명의 명칭이 "저농도 VOC 처리용 흡착/촉매산화 VOC 제거 시 스템"인 한국특허등록 제10-0578106호에는 독립적인 흡착제층과 산화촉매층을 두어 저농도로 유출되는 VOC를 흡착제층에서 농축한 후 이를 서서히 승온 탈착하여 산화촉매층에서 분해시켜 제거하는 독립형 흡착/촉매산환 VOC 제거 시스템과, 소수성 제올라이트 흡착제에 촉매기능을 도입한 하나의 흡착/촉매층에서 흡착과 촉매산화가 주기적으로 반복되어 일어나는 일체형 이중기능 흡착/촉매산화 VOC 제거 시스템을 개시하고 있으나, 이와 같이 흡착제를 이용하는 제거 시스템의 경우에는 다른 흡착제와의 호환성이 없고 교체 작업 또한 용이하지 않은 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 저농도의 VOC 가스가 배출되는 공정에서 흡착제를 이용하여 농축시켜 배출함으로써 후단에서 처리가 용이한 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 가열된 공기로 흡착되어 있는 저농도의 VOC 가스를 탈착시켜 고농도로 농축시키는 과정을 하나의 장치로 처리할 수 있는 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치는 흡착제를 저장하는 흡착제 베드와, 회전축을 중심으로 상기 흡착제 베드 의 복수개를 모듈화하여 내장하는 원통형의 회전반응기와, 상기 회전축에 삽입되어 회전반응기의 양단에 부착되는 고정체와, 상기 회전반응기와 상기 고정체들과의 사이를 밀봉하는 실링부와, 일정한 간격으로 각각의 베드의 위치를 교환하도록 상기 회전반응기를 소정 각도로 회전하는 구동수단을 포함한다.
모듈화된 흡착제 베드는 각각 45°로 이루어지며, 저농도의 VOC 가스를 흡착하는 270°의 흡착영역과, 각각 흡착된 물질을 탈착시키고, 가열된 각 베드(bed)의 온도를 낮추어주는 45°도의 탈착영역과, 냉각영역으로 이루어진다.
실링부에는 서로 맞물려서 밀봉하도록 일측은 회전반응기에 설치되고, 타측은 고정체에 설치되는 한쌍의 돌기들이 모듈화된 흡착제 베드 사이에 대응하도록 위치되며, 어느 하나의 돌기를 경사면을 가지도록 구성하되, 돌기들은 내열 자력 고무인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 구동수단은 원주면에 톱니부가 복수개 형성되어, 상기 어느 하나의 고정체가 삽입된 회전축에 부착된 기어부재와, 상기 기어부재를 회전시키는 공압실린더와, 상기 공압실린더를 작동하는 에어컴프레셔와, 상기 에어컴프레셔를 주기적으로 작동하는 타이머를 포함한다.
본 발명에 의하면, 회전반응기와 고정체사이에 정밀하게 가공되어 고정된 내열 자석 고무가 회전하더라도, 소망하는 위치에서 서로 자력에 의해 결합되어 누설현상이 없게 됨에 따라 종래에 가장 큰 기술적인 어려움인 회전체에 대한 누 설(leak) 현상을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 회전간격을 설정할 수 있는 타이머와 공기를 공급하는 솔레노이드밸브를 통해 공압 실린더를 작동시켜 일정한 시간과 길이로 기어부재를 밀어주면서 정확한 회전각으로 회전체를 회전시키므로서 고정체와 회전체가 정확한 위치에서 맞추어짐에 따라, 내열 자석고무에 의한 자력으로 결합하는 실링이 가능해지며, 장착과 해체가 용이한 모듈형 흡착제 베드를 사용함으로서 흡착제의 교체가 용이하므로 다양한 저농도 가스에 대응하여 흡착효율이 좋은 흡착제를 적용하여, 다양한 공정에 적합한 흡착제로서 운전할 수 있으므로, 호환성이 높고 유지 및 보수가 편리하다는 장점을 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치의 구성을 나타내고, 도 3은 도 2의 모듈형 흡착제 베드를 나타내고, 도 4는 공압 실린더를 이용한 회전방법을 나타내며, 도 5는 회전반응기 및 고정체의 실링 구성을 상세하게 나타내고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치(100)는 흡착제를 저장하는 흡착제 베드(10)(도 3)와, 회전축(22)을 중심으로 상기 흡착제 베드(10)의 복수개를 모듈화하여 내장하는 원통형의 회전반응 기(20)와, 상기 회전축(22)에 삽입되어 회전반응기(20)의 양단에 부착되는 고정체(30)와, 상기 회전반응기(20)와 상기 고정체(30)들과의 사이를 밀봉하는 실링부(60)(도 5)와, 일정한 간격으로 각각의 베드(10)의 위치를 교환하도록 상기 회전반응기(20)를 소정 각도로 회전하는 구동수단을 포함한다.
회전반응기(20)에 모듈화되는 흡착제 베드(10)는 모두 8개로서 각각 45°로 이루어질 수 있으며, 도 2에서 일측의 고정체(30)에 도시된 바와 같이 6개 270°로서 저농도의 VOC 가스를 흡착하는 흡착영역(12)과, 각각 45°도로서, 흡착된 물질을 탈착시키는 탈착영역(14)과, 가열된 각 베드(10)(bed)의 온도를 낮추어주는 냉각영역(16)으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 회전반응기(20)를 회전하는 구동수단으로서, 고정체(30)가 삽입고정되는 회전축(22)의 어느 한쪽의 단부에는 기어부재(42)가 부착된다. 기어부재(42)에는 도 4에 도시된 바와 같이 원주면에 톱니부(41)가 복수개, 본 실시예에 있어서 45°도로 8개가 형성될 수 있다. 이러한 기어부재(42)는 공압실린더(44)의 작동에 의해 회전되며, 이러한 공압실린더(44)는 에어컴프레셔(air compressor)(46)에 의해 작동된다. 에어컴프레셔(46)는 타이머(50)에 의해 주기적으로 작동할 수 있다. 공압실린더(44)가 기어부재(42)의 어느 하나의 톱니부(41)를 밀면 회전축(22)이 회전하게 되고, 그 결과 회전반응기(20)내에 내장된 각각의 흡착제 베드(10)의 위치가 교환되며, 이러한 위치교환을 타이머(50)에 의해 일정한 간격으로 행할 수 있다.
도 5에는 회전반응기(20)와 고정체(30)들과의 사이를 밀봉하는 실링부(60)를 나타내고 있다. 실링부(60)에는 내열 자력 고무로 이루어진 한쌍의 돌기(62,64)들로서 모듈화된 각 흡착제 베드(10)들 사이에 대응하도록 위치하고 있으며, 자력에 의해 서로 맞물림에 따라, 회전반응기(20)와 고정체(30)를 밀봉한다. 회전반응기(20)에 부착된 돌기(62)는 경사면(61)을 가지는 형상으로 구성되며, 고정체(30)에 부착되는 돌기(64)는 직육면체의 형상으로 구성된다. 공압실린더(44)의 작동하여 회전반응기(20)내의 각각의 흡착제 베드(10) 위치가 교환되는 경우, 공압실린더(44)가 기어부재(42)를 밀게 되면, 회전축(22)이 회전하게 되고, 이에 따라 고정체측 돌기(64)는 도 5a, 5b, 5c와 같이 회전체측 돌기(62)의 경사면(61)을 순차적으로 지나게 되는 동시에, 다음 번에 위치되는 돌기(62)에 닿아서, 흡착제 베드(10)들 사이에 정확하게 대응하여 위치한 후, 자력에 의해 결합되므로, 회전반응기(20)가 회전되더라도 누설이 없게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치(100)는 8개의 흡착식 베드(10)가 모듈화된 원통형의 회전반응기(10)가 타이머(50)에 의해 단계적으로 회전하면서 6개의 흡착영역(12)에서 흡착이 이루어지고, 하나의 탈착영역(14)에서 탈착이 이루어지며, 하나의 냉각영역(16)에서 냉각이 이루어진다. 저농도로 배출되는 CO 또는 오염가스는 흡착용 송풍기(32)의 작동에 의해 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같이 회전반응기(20)내의 흡착영역(12)으로 유입되면, 흡착영역(12)의 흡착제 베드(10)들을 통과하면서, 흡착제 베드(10)에 VOC를 흡착하고, VOC가 흡착된 청정 가스는 실선으로 도시된 바와 같이 흡착영역 후단의 배관을 통해 배출된다.
한편, 일정시간 흡착된 흡착영역(12)의 흡착제 베드(10)는 1베드씩 회전함으로서 가열된 공기와 함께 흡착된 가스를 탈착시켜서 배출한다. 탈착용 송풍기(34)의 작동에 의해 공기와 함께 배출되는 탈착가스는 유입되는 가스의 농도보다 헐씬 높게 농축되므로, 연료원으로 활용하거나 그 처리를 수월하게 할 수 있게 된다. 이러한 탈착공정은 타이머(50)의 작동을 통해 회전반응기(20)를 1베드만큼 회전시킴으로써 이루어진다. 즉, 타이머(50)에 의해 하나의 흡착제 베드(10)에 VOC를 흡착하는 시간이 경과한 후, 에어컴프레셔(46)가 작동하고, 이에 의해 공압실린더(44)가 작동하여 기어부재(42)의 톱니부(41)를 밀어주게되면, 흡착영역(12)의 하나의 흡착제 베드(10)가 탈착영역(14)으로 회전되며, 탈착용 송풍기(34)의 작동에 의해 가열된 공기와 함께 흡착된 가스를 탈착하게 된다.
이와 같이 일정시간 탈착공정이 이루어진 하나의 베드(10)는 다시 냉각영역(16)으로 회전하여 냉풍용 송풍기(36)의 작동을 통해 열교환기(38)를 거친 상온의 공기를 통해 베드(10)내의 온도를 낮추게 된다. 냉각된 베드(10)내의 흡착제는 재생이 되어 다시 흡착영역(12)에서 흡착이 이루어질 수 있으며, 흡착·탈착·냉각 공정이 연속적으로 운전된다.
본 발명에 있어서, 회전반응기(20)와 그 양단의 고정체(30)사이의 실링부(60)에는 내열 자석 고무로 이루어진 한쌍의 돌기(62)(64)가 서로 결합되어 있고, 흡착제 베드(10)들 사이에 정확하게 대응하여 위치하고 있으므로, 흡착ㅇ탈착ㅇ냉각 영역(12)(14)(16)으로의 교환을 위해 회전반응기(20)가 회전하더라고, 외부 공기의 유입 및 내부공기의 유출이 발생하지 않게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 흡탈착식 가스 처리장치를 나타내는 개념도이고,
도 2는 본 발명의 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치의 구성을 나타내는 분해사시도이고,
도 3은 도 2의 모듈형 흡착제 베드를 나타내는 상세도이고,
도 4는 공압 실린더를 이용한 회전반응기를 회전하는 방법을 나타내는 개략도이고,
도 5는 회전반응기 및 고정체를 실링하는 구성을 나타내는 상세도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
10 : 흡착제 베드 12 : 흡착영역
14 : 탈착영역 16 : 냉각영역
20 : 회전반응기 22 : 회전축
30 : 고정체 32 : 흡착용 송풍기
34 : 탈착용 송풍기 36 : 냉각용 송풍기
38 : 열교환기 41 : 톱니부
42 : 기어부재 44 : 배출라인
46 : 에어컴프레셔 50 : 타이머
61 : 경사면 62,64 : 돌기
Claims (5)
- 모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치로서,흡착제를 저장하는 흡착제 베드와,회전축을 중심으로 상기 흡착제 베드의 복수개를 모듈화하여 내장하는 원통형의 회전반응기와,상기 회전축에 삽입되어 회전반응기의 양단에 부착되는 고정체와,상기 회전반응기와 상기 고정체들과의 사이를 밀봉하는 실링부와,일정한 간격으로 각각의 베드의 위치를 교환하도록 상기 회전반응기를 소정 각도로 회전하는 구동수단을 포함하는모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 모듈화된 흡착제 베드는 각각 45°로 이루어지며, 저농도의 VOC 가스를 흡착하는 270°의 흡착영역과, 각각 흡착된 물질을 탈착시키고, 가열된 각 베드(bed)의 온도를 낮추어주는 45°도의 탈착영역과, 냉각영역으로 이루어진모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 실링부에는 서로 맞물려서 밀봉하도록 일측은 회전반응기에 설치되고, 타측은 고정체에 설치되는 한쌍의 돌기들이 흡착제 베드의 모듈에 대응하도록 위치되며,어느 하나의 돌기를 경사면을 가지도록 구성하는모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 돌기들은 내열 자력고무인 것이 특징인모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동수단은원주면에 톱니부가 복수개 형성되어, 상기 어느 하나의 고정체가 삽입된 회전축에 부착된 기어부재와,상기 기어부재를 회전시키는 공압실린더와,상기 공압실린더를 작동하는 에어컴프레셔와,상기 에어컴프레셔를 주기적으로 작동하는 타이머를 포함하는모듈형 회전식 저농도 VOC 가스 농축장치.
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