KR20150111838A - 회전식 가스 흡착 농축 장치 - Google Patents

회전식 가스 흡착 농축 장치 Download PDF

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Abstract

[과제] 본 발명은 간단한 구조로 비교적 저렴한 재료를 조합해서 내용제성이며, 또한 300℃정도의 고온의 탈착 공기를 사용하는 것이 가능하며, 또한 그와 같이 고온의 탈착 공기의 누설을 방지할 수 있는 회전식 가스 흡착 농축 장치를 제공하고자 하는 것이다.
[해결 수단] 본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 회전 구동되며 흡착제를 담지한 허니컴상 로터를 갖고, 적어도 탈착존과 흡착존으로 분할되는 회전식 가스 흡착 농축 장치로서, 상기 허니컴상 로터의 원호부의 시일로서 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)이며, 시트는 복수의 슬릿을 갖고, 그 위에 연신한 고무 탄성을 갖는 시일(9)을 겹쳐서 로터 외주 철판(2)에 금속제의 밴드(10)로 부착하고, 케이싱의 시일 플랜지(4)에 압박해서 슬라이딩하여 내열 내용제성을 갖는 시일을 설치했다.

Description

회전식 가스 흡착 농축 장치{ROTARY TYPE GAS ADSORPTION CONCENTRATION DEVICE}
본 발명은 회전식 가스 흡착 농축 장치에 관한 것이며, 특히 고무 재료를 침식하는 휘발성 유기 화합물(이하, VOC라고 기재한다)이어도, 또한 고무 재료의 내열 온도보다 높은 탈착 온도를 필요로 하는 VOC를 포함하는 가스이어도 비교적 간단한 구조로 저렴한 재료를 사용해서 높은 내구성을 갖는 흡착 농축 장치의 실링 장치를 실현하는 것이다.
회전식 가스 흡착 농축 장치는 공기 중의 VOC의 농축에 사용되고 있다. 즉, 도포 공장이나 인쇄 공장으로부터는 도료나 잉크의 용제인 VOC가 다량으로 방출되고 있고, 이들 VOC를 회수하거나 또는 연소해서 무해화하기 위해서는 VOC를 용이하게 회수하도록 또는 자기 연소되는 농도까지 농축할 필요가 있다.
이 때문에, 흡착제를 담지한 허니컴(벌집)상 로터를 사용한 회전식 가스 흡착 농축 장치가 사용되고 있다. 회전식 가스 흡착 농축 장치는 상기와 같이 흡착제를 담지한 허니컴상 로터를 사용하고, 이 허니컴상 로터를 적어도 흡착존과 탈착존으로 분할하여 흡착존에 VOC를 포함하는 피처리 공기를 흘리고, 탈착존에는 허니컴상 로터에 흡착된 VOC를 탈착하기 위해서 고온의 탈착 공기를 흘리도록 하고 있다.
이러한 회전식 가스 흡착 농축 장치의 시일은 내열성이 필요하며, 또한 로터의 외주를 따르게 하기 위해서 탄성을 갖는 실리콘계 고무 또는 불소계의 고무 재료가 사용되고 있다. 이러한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 것이 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 것은 회전식 열 교환기의 시일이지만, 허니컴상 로터의 외주부에 고무나 수지 등의 마찰계수가 적은 실링재를 구비하여 열 교환기 내의 압력 변화가 있어도 리크를 방지하는 것이다(도 2 등).
일본 특허 공개 평 3-248837호 공보 일본 특허 공개 2006-52922호 공보 일본 특허 제 3570621호 공보
특허문헌 1에 개시된 것은 불화비닐리덴계(FKM) 등 불소계 고무 시일을 사용하여 슬라이딩성을 향상시키기 위한 불소 수지 시트를 부착한 구조이다. 이 구조에 의해 고도의 실링성과, 회전 추종성과, 내열성을 갖는 시일이 가능하게 되어 있다.
그러나, 처리가 요구되는 VOC의 종류가 많고, VOC의 종류, 농도에 따라서는 이들 고무 재료가 팽윤되거나, 용해되거나 하는 등 해서 내구성을 저감한다는 문제가 있다. 내용제성이 높은 4불화에틸렌퍼플루오로메틸비닐에테르고무(FFKM) 등도 개발되어 있지만, 매우 고가이며, 슬라이딩 저항이 높고, 로터 단면과의 마찰에 의한 내구성에 난점이 있다. 그래서, 불소계 고무보다 저렴하며 내용제성이 높은 VOC 처리 장치용 시일이 요구되도록 되었다. 특허문헌 1에 기재된 것은 불소 고무 스펀지와 불소 수지 시트를 접합시킴으로써 고도의 실링성과, 회전 추종성과 내열성을 갖고 있지만, 불소 고무의 내용제성이 약하여 MEK, NMP 등의 용제에는 사용할 수 없거나 또는 대폭으로 내용연수를 저감한다는 문제가 있었다.
특허문헌 2에 개시된 것은 열 교환기 내의 압력 변화가 있어도 높은 실링성을 갖고 있지만, 회전식 가스 흡착 농축 장치의 실링재에 필요한 내열성, 내용제성, 내마모성에 관한 기술이 개시되어 있지 않다.
특허문헌 3에 개시된 것은 그라파이트계 재료를 부착 재료에 장착하고, 스프링을 사용하여 로터 단면에 압박해서 슬라이딩 실링하는 것이며, 내열성과 내슬라이딩성과 내용제성을 갖지만, 재료가 고가이며, 구조도 복잡하므로 고가가 될 수밖에 없다.
본 발명은 스테인리스, 구리, 황동 등 금속 시트 또는 유리 클로스가 들어간 불소 수지 시트, 폴리이미드 필름 등 내열성과 슬라이딩성과 내용제성을 갖는 시트와, 고무 탄성 시일과, 필요하면 내열성의 단열 시트를 조합해서 일반적이며 또한 비교적 저렴한 재료로 고무계 재료를 침식하는 성분을 포함하는 VOC 처리에 사용 가능하며, 또한 내열성 섭씨 300℃정도(이후, 온도는 모두 「섭씨」로 한다)의 고온의 탈착 공기를 사용해서 재생하는 것도 가능하며, 또한 그와 같이 고온의 탈착 공기의 누설을 방지할 수 있는 회전식 가스 흡착 농축 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본건 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 회전 구동되며 흡착제를 담지한 허니컴상 로터를 갖고, 상기 허니컴상 로터 외주의 원호 부분의 시일로서 슬라이딩성을 갖는 내열성, 내용제성 시트이며, 시트는 슬라이딩 부분에 복수의 슬릿을 갖고, 그 위에 고무 탄성을 갖는 시일을 연신하여 겹쳐서 케이싱의 시일 플랜지(또는 로터의 외주 부분)에 부착하고, 로터의 외주 부분(또는 케이싱의 시일 플랜지 부분)에 압박해서 슬라이딩하는 시일을 설치했다.
(발명의 효과)
본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치는 상기와 같이 구성한 것이며, 고무 탄성 시일은 직접 피처리 가스에 접촉하지 않아 용제에 의해 열화되는 일은 없다. 또한, 재생존에서는 고무 탄성 시일은 고온 가스에 직접 접촉하는 일 없이 재생존 외주측의 방열 환경에 있으므로 재생존 내측보다 낮은 온도로 유지되어 열 열화가 방지된다. 슬라이딩성을 갖는 내용제성 시트는 신축성이 없으므로 실링성이 부족하지만, 슬라이딩면에 슬릿을 형성하여 밀착성을 높임과 아울러, 고무 탄성 시일을 연신하여 겹쳐서 실링면에 압박되므로 완전히 누설을 방지할 수 있다.
이 때문에, 특히 고무 재료를 침식하는 가스나 고비점의 VOC를 포함하는 가스도 흡착 농축이 가능하며, 종래 처리가 곤란하게 되어 있던 조건 하에서도 유해한 가스의 처리가 가능해진다.
또한, 내열, 내용제성 시트는 고무 탄성을 갖는 시일보다 내열성이 높고, 탈착 온도에 견디는 재료이면 어느 것이나 좋기 때문에 저렴한 재료를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 사용되는 외주 시일의 실시예 1을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 외주 시일의 실시예 2를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 외주 시일의 실시예 3을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치의 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 종래 사용되는 외주 시일의 일례를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 청구항 1에 기재된 발명은 회전 구동되며 흡착제를 담지한 허니컴상 로터를 갖고, 상기 허니컴상 로터를 적어도 탈착존과 흡착존으로 분할하는 회전식 가스 흡착 농축 장치로서, 상기 허니컴상 로터 외주의 원호 부분의 시일로서 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트로서, 시트는 복수의 슬릿을 갖고, 그 위에 연신한 고무 탄성을 갖는 시일을 겹쳐서 케이싱의 시일 플랜지 또는 로터의 외주에 부착하고, 로터 또는 플랜지의 외주 부분에 압박해서 슬라이딩하는 시일을 설치했다. 가스 접촉부는 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트이므로 열 열화나 용제에 침식되는 일이 없고, 또한 그 외주에 연신한 고무 탄성을 갖는 시일을 겹쳐서 실링면에 압박하므로 실링성을 유지한다. 상기 탄성 시일은 상기 내열 내용제성 시트보다 상기 탈착존의 외측에 설치되므로 고온의 탈착 공기는 내열 내용제성 시트에 의해 대부분 실링되고, 약간 누설된 탈착 공기는 고무 탄성 시일에 의해 완전히 실링될 수 있다는 작용을 갖는다.
[실시예 1]
이하, 본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치의 실시예에 대해서 도면을 따라 상세하게 설명한다. 도 1은 이하 본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치의 시일 및 그 부착 부분의 단면도이다.
여기에서, 8은 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트이며, 로터 외주 철판(2)과 플랜지 외주를 덮고 있고, 그 위에 연신한 고무 탄성 시일(9)을 겹쳐서 케이싱으로부터 연장되는 플랜지(4)에 금속제 밴드(10)로 고정하고 있다. 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)는 신축성이 없으므로 실링성이 부족하지만, 로터 슬라이딩 부분에 슬릿을 형성하여 밀착성을 높임과 아울러, 신장된 고무 탄성 시일(9)에 의해 슬라이딩면에 압박됨으로써 완전히 누설을 방지할 수 있다. 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)는 불소계 수지나 내열 온도 300℃정도 이상의 내열성과 탄성을 갖는 구리, 황동, 스테인리스 등의 금속 박판이나, 내열 필름이나, 내열 섬유, 금속 섬유 시트를 사용할 수 있다. 불소계 수지로서는 불소 수지의 시트이어도 좋고, 강도를 증가시키기 위해서는 유리가 들어간 불소 수지 시트이어도 좋다. 고무 탄성 시일(9)의 폭은 내열 내용제성 시트(8)보다 5~20㎜ 폭을 넓게 해서 내열 내용제성 시트(8)보다 튀어나와 로터 외주 철판(2)과 플랜지 외주를 덮도록 함으로써 한층 더 누설 방지 효과를 얻을 수 있다.
[실시예 2]
도 2는 본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치의 시일의 다른 실시예를 나타내는 부착 부분의 단면도이다.
여기에서, 8은 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트이며, 로터 외주 철판(2)과 플랜지 외주를 덮고 있고, 그 위로부터 연신한 고무 탄성 시일(9)을 겹쳐서 로터 외주 철판(2)에 금속제 밴드(10)로 고정하고 있다. 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)는 신축성이 없으므로 실링성이 부족하지만, 케이싱 플랜지 슬라이딩 부분에 슬릿을 형성하여 밀착성을 높임과 아울러, 신장된 고무 탄성 시일(9)에 의해 슬라이딩면에 압박됨으로써 완전히 누설을 방지할 수 있다. 또한, 실시예 1을 포함하여 실링성을 높이기 위해서 복수의 내열 내용제성 시트에서 슬릿 위치를 어긋나게 겹침으로써 행해도 좋다. 실시예 1의 경우에는 슬라이딩 시트 및 고무 탄성 시일을 교환할 경우에는 로터 케이싱의 측면의 2면 이상 개방할 수 없으면 교환 작업이 불가능하지만, 실시예 2는 로터를 회전시키면서 1면만의 개방에 의해 교환 작업이 가능해진다는 특징을 갖는다.
[실시예 3]
도 3은 본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치의 시일의 다른 실시예를 나타내는 부착 부분의 단면도이다.
여기에서, 8은 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트이며, 로터 외주 철판(2)과 플랜지 외주를 덮고 있고, 그 위에 내열성을 갖는 단열 시트(11)로 덮고, 그 위로부터 연신한 고무 탄성 시일(9)을 더 겹쳐서 로터 외주 철판(2)에 금속제 밴드(10)로 고정하고 있다. 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)는 신축성이 없으므로 실링성이 부족하지만, 케이싱 플랜지 슬라이딩 부분에 슬릿을 형성하여 밀착성을 높임과 아울러, 내열성을 갖는 단열 시트(11)로 덮고, 그 위를 신장된 고무 탄성 시일(9)로 슬라이딩면을 더 압박함으로써 완전히 누설을 방지할 수 있다. 슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)와 고무 탄성 시일(9) 사이에 내열성을 갖는 단열 시트(11)가 삽입되어 있으므로 고무 탄성 시일(9)로의 열전도가 저지되어 고무 탄성 시일(9)의 열 열화가 방지되고, 따라서 높은 내열성과, 내구성과, 실링성을 동시에 달성할 수 있다. 내열 내용제성 시트(8)와 단열 시트(11)의 폭은 동일하게 하는 것이 바람직하지만, 고무 탄성 시일(9)의 폭은 내열 내용제성 시트(8)보다 5~20㎜ 폭을 넓게 해서 단열 시트(11)나 내열 내용제성 시트(8)보다 튀어나와 로터 위주 철판(2)과 플랜지 외주를 덮도록 함으로써 한층 더 누설 방지 효과를 얻을 수 있다.
상기 고무 탄성 시일(9)의 폭은 내열 내용제성 시트(8)보다 5~20㎜ 폭을 넓게 한다는 것은 내열 내용제성 시트(8)보다 고무 탄성 시일(9)의 폭을 내열 내용제성 시트(8)의 두께의 10~40배의 치수만큼 넓혀 고무 탄성 시일의 선단이 로터 외주 철판(2)에 접촉하는 치수 이상이며, 너무 길어서 슬라이딩 저항이 증가하는 치수까지 넓히지 않는 폭이다.
회전식 가스 흡착 장치는 상기 외주 실링 장치에 의해 실링됨과 아울러, 도 4에 나타내는 바와 같이 허니컴상 로터(13)의 흡착존(15)과 탈착존(14)을 분할하는 것이며, 한쌍의 V자 형상을 이루는 직선상 세퍼레이터(16, 17)와, 호형상 세퍼레이터(18)로 탈착존(14)이 둘러싸여 있다. 허니컴상 로터(13)는 이미 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 무기질의 종이를 허니컴상으로 형성하고, 이것에 수소성 제올라이트 등의 흡착제를 담지한 것이며, 기어드 모터(도시 생략) 등에 의해 회전된다.
슬라이딩성을 갖는 내열 내용제성 시트(8)는 실시예 1에서는 로터 외주 철판(2)에 접하고, 실시예 2에서는 플랜지(4)의 철판에 접하고 있지만, 어느 것이나 매끄러운 금속면에 접하고 있으므로 로터 회전 시의 마찰 로스가 적고, 회전에 의한 마모도 적다는 특징이 있다. 또한, 내열 내용제성 시트(8)의 외주를 연신한 고무 탄성 시일(9)이 덮고 있으므로 실링성이 유지되고, 내열 내용제성 시트(8)의 일부가 마모되어도 고무 탄성 시일(9)이 마멸될 때까지의 동안 실링성이 유지된다.
이러한 구성의 본 발명의 회전식 가스 흡착 농축 장치는 허니컴상 로터(13)를 회전시키면서 허니컴상 로터(13)의 흡착존(15)으로 피처리 공기를 보낸다. 여기에서, 피처리 공기에 포함되는 VOC가 허니컴상 로터(13)의 흡착제에 흡착된다. 그래서, 탈착존(14)으로 예를 들면 180℃정도의 탈착 공기를 보내어 흡착제에 흡착된 VOC를 탈착한다.
이 탈착 공기의 양을 피처리 공기의 양의 1/10로 하면 탈착 공기에는 VOC 농도가 피처리 공기의 농도의 10배로 농축된다. 이 때문에, 고농도가 된 탈착 공기는 연소나 촉매 등에 의해 처리하는 것이 용이해지고, 또한 풍량이 낮아짐으로써 연소나 촉매 등의 처리 장치를 소형화할 수 있다.
피처리 공기에 포함되는 VOC에 비점이 높은 VOC가 포함되어 있을 경우, 180℃정도의 탈착 공기로는 충분히 탈착되지 않아 VOC가 허니컴상 로터(13)에 축적된다. 이 경우에는, 예를 들면 타이머에 의해 정기적으로 300℃정도의 고온의 공기를 탈착존(14)으로 보내서 허니컴상 로터(13)의 부활 처리를 행하도록 해도 좋고, 또한 상시 300℃정도의 고온 공기에서 탈착하도록 해도 좋다.
고무 탄성을 갖는 시일은 불소계 고무, 실리콘계 고무 등의 고무를 사용할 수 있다. 불소계 고무, 실리콘계 고무의 내열 온도는 200~250℃ 전후이지만, 고온 가스가 접하는 부분은 내열 내용제성을 갖는 시트가 덮여 있고, 고무 탄성을 갖는 시일의 외면은 외부 공기에 접하고 있기 때문에 방열에 의해 상기 고무계 재료의 내열 온도를 초과하는 일 없이 열 열화가 방지되어 장기 내구성이 확보된다. 또한, 고온의 가스 온도에서 사용할 경우에는 고무 탄성을 갖는 시일과 내열 내용제성을 갖는 시트 사이에 내열성을 갖는 단열성 시트를 겹침으로써 고무 탄성을 갖는 시일은 단열 보호되어서 열 열화를 방지할 수 있다. 내열성을 갖는 단열 시트는 유리 섬유나 세라믹 섬유, 생체 용해성 섬유 등 무기 섬유의 유리 클로스를 사용할 수 있다.
도 5는 종래의 회전식 가스 흡착 농축 장치의 외주 시일 및 그 부착 부분의 단면도이다. 로터 외주 철판(2)에 부착된 L자형의 앵글 플랜지(3)에 불소계 고무, 실리콘계 고무 등의 실링재(5)가 ハ자형으로 접촉하도록 케이싱으로부터 연장되는 플랜지(4)에 시일 압박 금구(6)와 볼트(7)로 고정되어 있다. 따라서, 앵글 플랜지(3)분만큼 케이싱 사이즈가 커진다. 또한, 앵글 플랜지가 없는 로터를 사용하고자 하면 시일재(5)의 ハ자분만큼 로터 지름을 크게 할 필요가 있어 어느 경우나 본 발명의 실시예와 비교해서 비용이 증가하게 된다.
외경 1200㎜의 의사 로터를 사용한 회전식 가스 흡착 농축 장치 리크 시험 장치로 리크량의 시험을 행했다. 도 5에 나타내는 종래의 외주 시일에서는 장치 내의 압력 -0.5㎪에서 리크량 95ℓ/분, 동일하게 -1.0㎪에서 리크량 157ℓ/분이었던 것에 비하여 실시예 1에서는 장치 내의 압력 -0.5㎪에서 리크량 77ℓ/분, 동일하게 -1.0㎪에서 리크량 109ℓ/분으로 적어졌다. 실시예 2에서는 장치 내의 압력 -0.5㎪에서 리크량 68ℓ/분, 동일하게 -1.0㎪에서 리크량 91ℓ/분으로 모두 적어졌다. 또한, 로터 회전 개시 시의 기동 부하도 장치 내의 압력 -1.0㎪에서 비교한 결과, 도 5에 나타내는 종래의 외주 시일에서는 24~25㎏인 데 비하여 실시예 2에서는 6~7㎏으로 약 1/4이 되었다. 로터를 회전 구동시키는 기어드 모터로의 부하도 저감할 수 있어 보다 모터 용량이 낮은 기어드 모터를 채용할 수 있기 때문에 비용 절감으로 이어진다.
이상과 같이 본 발명의 시일을 채용함으로써 비교적 저렴한 재료를 사용해서 간소한 구조로 종래의 실링에서는 불가능한 내열성, 내용제성, 슬라이딩성, 내마모성과 동시에 높은 실링성을 갖는 회전식 가스 흡착 농축 장치를 실현할 수 있다.
본 발명은 특히 고무 재료를 침식하는 휘발성 유기 화합물이어도, 또한 고무 재료의 내열 온도보다 높은 탈착 온도를 필요로 하는 VOC를 포함하는 가스이어도 비교적 간단한 구로조 저렴한 재료를 사용해서 높은 내구성을 갖는 흡착 농축 장치의 실링 장치를 실현하는 것이며, 또한 고비점물을 포함하는 VOC이어도 흡착 농축이 가능한 회전식 가스 흡착 농축 장치를 제공한다.
1 : 허니컴상 로터 소자 2 : 로터 외주 철판
3 : 앵글 플랜지 4 : 플랜지
5 : 실링재 6 : 시일 압박 금구
7 : 볼트 8 : 내열 내용제성 시트
9 : 고무 탄성 시일 10 : 금속제 밴드
11 : 단열 시트 13 : 허니컴상 로터
14 : 탈착존 15 : 흡착존
16 : 직선상 세퍼레이터 17 : 직선상 세퍼레이터
18 : 호형상 세퍼레이터

Claims (4)

  1. 회전 구동되며 흡착제를 담지한 허니컴상 로터를 갖고, 상기 허니컴상 로터의 원호 부분의 시일로서 슬라이딩성, 내용제성, 내열성을 갖는 시트이며, 시트 슬라이딩 부분은 복수의 슬릿을 갖고, 그 위에 고무 탄성을 갖는 시일을 연신하여 겹쳐서 케이싱의 시일 플랜지에 부착하고, 로터의 외주 부분에 압박해서 슬라이딩하는 시일을 설치한 것을 특징으로 하는 회전식 가스 흡착 농축 장치.
  2. 회전 구동되며 흡착제를 담지한 허니컴상 로터를 갖고, 상기 허니컴상 로터의 원호 부분의 시일로서 슬라이딩성, 내용제성, 내열성을 갖는 시트이며, 시트 슬라이딩 부분은 복수의 슬릿을 갖고, 고무 탄성을 갖는 시일을 연신하여 겹쳐서 로터 외주에 부착하고, 케이싱의 시일 플랜지의 외주 부분에 압박해서 슬라이딩하는 시일을 설치한 것을 특징으로 하는 회전식 가스 흡착 농축 장치.
  3. 슬라이딩성을 갖는 내용제성 시트와 고무 탄성을 갖는 시일 사이에 내열성을 갖는 단열 시트를 설치한 것을 특징으로 하는 시일을 설치한 회전식 가스 흡착 농축 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    슬라이딩성을 갖는 내용제성, 내열성 시트의 일부 및 전체가 유리 섬유 클로스가 들어간 불소 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전식 가스 흡착 농축 장치.
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