KR20160055654A

KR20160055654A - 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치

Info

Publication number: KR20160055654A
Application number: KR1020140155734A
Authority: KR
Inventors: 최경희
Original assignee: 최경희
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-18
Also published as: KR101624804B1

Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용한 유증기 회수장치에 관한 것으로서, 오일을 공급받아 저장하며 휘발성 유증기가 발생되는 저장탱크와; 상기 저장탱크에서 발생되는 유증기를 냉각하여 액화시키기 위한 냉각챔버와; 상기 냉각챔버로부터 이송되는 유증기를 흡착 및 탈착시키는 재생흡착기와; 상기 냉각챔버와 재생흡착기에 연결되어 유증기를 냉각 또는 가열하는 히트펌프를 포함하되, 상기 냉각챔버에서 냉각 응축된 유증기는 상기 저장탱크로 회수되고, 상기 재생흡착기로 유입된 유증기는 상기 히트펌프에 의해 반복적으로 냉각되거나 가열되면서 흡착제의 흡착, 탈착 및 재생 공정을 거쳐 상기 냉각챔버로 순환하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치{THERMAL SWING ADSORPTION TYPE VAPOR OIL RECYCLING APPARATUS USING HEAT PUMP}

본 발명은 유증기 회수장치에 관한 것으로서, 냉각 및 가열 과정이 반복되는 히트펌프를 통해 가스 혼합물이 다량 함유된 유증기를 재생 흡착 방식을 이용하여 정제된 상태로 회수할 수 있도록 한 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치에 관한 것이다.

일반적으로 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Componds)(이하, '유증기')은 증기압이 높아 대기중에 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상의 유기화합물을 통칭하는 것으로 벤젠이나 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 스틸렌, 아세트알데히드 등이 이에 속한다.

상기와 같은 유증기는 호흡기 흡입을 통해 신경계에 장해를 일으키는 발암물질로 백혈병, 중추신경 장애, 염색체 이상 등을 유발시키는가 하면, 장기간 노출시 오존층 파괴와, 지구온난화, 그리고 유증기의 연쇄반응에 의하여 광화학 산화물이 생성되어 광화학 스모그 등을 일으켜 눈의 자극, 가시거리 저하, 동식물 및 농작물에 피해를 줄뿐만 아니라 대기중의 SO₂를 산화시켜 산성비의 원인이 되는 황산의 생성을 촉진하게 된다.

또한, 유증기 중 많은 물질이 낮은 농도에서도 냄새가 감지되며 거의 대부분 자극적이고 불쾌한 냄새를 함유하고 있어 생활환경에 막대한 영향을 미치게 된다.

상기 유증기는 대부분 인간의 산업 활동에 의해 인위적으로 많이 발생되고, 주로 석유화학 및 정유공장, 자동차 배기가스, 페인트나 접착제 등의 건축자재, 주유소의 저장탱크, 세탁소 등 그 발생원도 다양하다.

이에 따른 대책으로 1999년 10월 개정된 대기환경보전법시행령에 근거하여 대기환경규제지역을 확대하고 대기환경 규제지역으로 지정된 지역 안의 석유정제 및 석유화학제품 정제 시설이나 저장 및 출하시설, 주유소, 세탁시설 등은 배출억제 및 방지시설을 반드시 설치해야 한다고 규정하고 있다.

이러한 유해요소는 대기로 배출되기 이전에 제어되어야 하는데, 현재까지의 처리기술은 크게 파괴기술과 회수기술로 분류되며, 이 중 회수기술을 이용한 회수장치가 개발되어 있다.

그런데, 종래의 회수장치들은 성능 및 회수 효율이 낮아(85% 이하) 산업 현장에서 적용을 기피하는 실정이다.

따라서, 대부분의 용제 취급의 작업장에서는 유증기를 대량으로 배출되고 있어 회수하여 재이용하기보다는 환경규제 이하로 처리하여 배출하는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 회수장치 중 유증기를 압축하여 액화하는 방식의 장치가 있었으나, 이러한 압축 액화 방식은 유류저장탱크로 유류 공급시에 유증기를 액화시키기 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제1324095호(2013.10.25)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 냉각 및 가열 과정이 반복되는 히트펌프를 통해 가스 혼합물이 다량 함유된 유증기를 재생 흡착 방식을 이용하여 정제된 상태로 저장탱크로 회수할 수 있는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치는, 오일을 공급받아 저장하며 휘발성 유증기가 발생되는 저장탱크와; 상기 저장탱크에서 발생되는 유증기를 냉각하여 액화시키기 위한 냉각챔버와; 상기 냉각챔버로부터 이송되는 유증기를 흡착 및 탈착시키는 재생흡착기와; 상기 냉각챔버와 재생흡착기에 연결되어 유증기를 냉각 또는 가열하는 히트펌프를 포함하되, 상기 냉각챔버에서 냉각 응축된 유증기는 상기 저장탱크로 회수되고, 상기 재생흡착기로 유입된 유증기는 상기 히트펌프에 의해 반복적으로 냉각되거나 가열되면서 흡착제의 흡착, 탈착 및 재생 공정을 거쳐 상기 냉각챔버로 순환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 저장탱크, 냉각챔버, 재생흡착기 사이의 경로상에는 상기 저장탱크에서 발생하는 유증기를 이송하는 유증기 이송관이 연결되고, 상기 재생흡착기에는 상기 저장탱크 및 냉각챔버 사이의 경로상에 위치한 유증기 이송관으로 유증기를 순환시키는 유증기 회수관이 연결되며, 상기 냉각챔버에는 액상으로 변화된 유증기를 저장탱크로 안내하는 액상유로가 연결된다.

본 발명에 따르면, 상기 재생흡착기는, 유입된 유증기를 흡착제의 미세 기공으로 유입하여 흡착하고, 포화상태로 흡착된 유증기를 가열하는 동시에 강제 분리시켜 유증기 회수관을 통해 냉각챔버로 회수하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 히트펌프에는 상기 냉각챔버에 연결되어 냉각챔버 내의 유증기를 냉각하여 액화시키는 증발기가 구비된다.

본 발명에 따르면, 상기 히트펌프에는 상기 재생흡착기에 연결되며, 재생 흡착기 내의 유증기를 가열하기 위한 응축기가 구비된다.

본 발명에 따르면, 상기 히트펌프에는 증발기 및 압축기와 연결되며, 상기 압축기에 의해 온도가 상승한 고온의 유증기를 냉각시키는 열교환기가 구비된다.

본 발명에 따르면, 상기 재생흡착기에는 상기 유증기 회수관으로 회수되는 가열된 유증기를 냉각시키는 내부 열교환라인을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 냉각챔버와 재생흡착기 사이의 유증기 이송관에는, 재생 공정 중, 냉각챔버의 유증기가 재생흡착기로 이송되지 않도록 유증기 유량을 조절하는 유량조절밸브가 설치된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치에 의하면, 휘발성 유증기가 대기로 배출되지 않도록 냉각 및 가열 과정이 반복되는 히트펌프를 통해 가스 혼합물이 다량 함유된 유증기를 재생 흡착 방식을 이용하여 정제된 상태로 저장탱크로 회수함으로써, 성능 및 회수 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가 환경오염 및 인체에 미치는 부정적인 영향을 줄여주는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치의 유증기 흡착 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치의 유증기 재생 과정을 나타내는 도면이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 유증기 회수장치는 오일을 공급받아 저장하며 휘발성 유증기가 발생되는 저장탱크(100)와, 상기 저장탱크(100)에서 발생되는 유증기를 냉각하여 액화시키기 위한 냉각챔버(200)와, 상기 냉각챔버(200)로부터 이송되는 유증기를 흡착, 탈착 및 재생시키는 재생흡착기(300)와, 상기 냉각챔버(200)와 재생흡착기(300)에 연결되어 유증기를 냉각 또는 가열하는 히트펌프(400)를 포함하게 된다.

또한, 상기 저장탱크(100), 냉각챔버(200), 재생흡착기(300) 사이의 경로상에는 상기 저장탱크(100)에서 발생하는 유증기를 이송하기 위한 유증기 이송관(510)이 연결되어 있다.

그리고, 상기 재생흡착기(300)에는 상기 저장탱크(100) 및 냉각챔버(200) 사이의 경로 상에 위치한 유증기 이송관(510)으로 유증기를 순환하기 위한 유증기 회수관(520)이 연결되어 있다. 즉, 상기 유증기 이송관(510)을 순환하는 유증기는 상기 히트펌프(400)에 의해 반복적으로 냉각되거나 가열되면서 흡착제의 흡착, 탈착 및 재생 공정을 거치게 되고, 유증기 회수관(520)에 의해 냉각챔버(200)로 순환하는 순환과정을 거치게 된다.

상기 히트펌프(400)는 유증기에 포함된 열에너지와 외부 냉매 구동에너지에 의해 구동되는 냉매 사이에 열교환하는 열교환 사이클을 수행하는 장치로, 공급되는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(410)와, 상기 압축기(410)의 고온 고압의 냉매를 액상으로 응축시키는 응축기(430)와, 상기 응축기(430)에서 응축된 저온 저압의 냉매로부터 열을 흡수하는 증발기(420)와, 상기 압축기(410)에서 압축된 고온 고압의 냉매로부터 열을 흡수하여 증발기(420)로 보내는 열교환기(440)가 하나의 열교환 사이클을 이루어 구성된다.

즉, 히트펌프(400)에 따르면, 상기 응축기(430), 증발기(420)와 열교환기(440)는 냉매를 이용하여 유증기와 열을 교환하는 방식으로, 상기 응축기(430)는 압축된 냉매를 순환시켜 유증기에 열을 가하게 되고, 상기 증발기(420)는 냉매를 기화시켜 유증기를 냉각시키게 되며, 상기 열교환기는 고온의 냉매를 다시 응축시켜 유증기를 냉각시킨다.

여기서, 상기 열교환기는 증발기(420)와 압축기(410)를 거쳐 오는 온도가 높아진 냉매로부터 열을 회수하여 온도를 떨어뜨리는 기능의 실외기이다.

한편, 상기 히트펌프(400)에는 팽창밸브, 리시버 탱크, 필터 드라이어, 어큐뮬레이터 등이 구비될 수 있으며, 이와 같은 구성은 일반적인 히트펌프(400)에 적용되는 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 통상적인 유증기 회수 공정에 따르면, 상기 냉각챔버(200)에는 히트펌프(400)의 증발기(420)가 연결되는바, 상기 증발기(420)는 비중이 큰 유증기에 포함된 수분을 냉각 응축하여 액상으로 변화시키게 된다.

따라서, 비중이 큰 유증기 성분은 저온 냉매에 의해 냉각 응축이 진행됨에 따라 유증기의 농도가 감소하게 되고, 액상으로 변화된 유증기(오일)는 상기 저장탱크(100)로 회수된다.

이때, 상기 냉각챔버(200)에는 액상으로 변화된 유증기를 저장탱크(100)로 안내하여 회수할 수 있도록 액상유로(530)가 연결된다.

이때, 상기 냉각챔버(200) 내의 증발기(420) 및 압축기(410)와 연결되는 열교환기(440)는 압축기(410)에 의해 온도가 상승한 고온의 유증기를 냉각시킴으로써, 상기 증발기(420)의 냉각 기능을 보조하게 된다.

여기서, 상기 유증기 이송관(510), 유증기 회수관(520), 액상유로(530)는 유증기가 일련의 회수 과정을 거칠 수 있도록 사용자의 편의에 따라 적절하게 배관되며, 유증기가 공급되는 것을 감안하여 부식되지 않고 강도가 강한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각챔버(200)에서 오일로 상변화되지 않고 잔존하는 유증기는 유증기 이송관(510)을 통해 재생흡착기(300)로 공급된다. 즉, 상기 재생흡착기(300)는 가스 혼합물이 다량 함유된 유증기로부터 수분, 오일 등의 물질을 낮은 온도에서 흡착하는 흡착 공정을 포함한다.

상기 재생흡착기(300) 내로 유입된 유증기는 흡착제의 미세 기공으로 유입되어 흡착되고, 정제된 공기가 배기구(540)를 통해 외부로 배출된다.

여기서, 상기 흡착제로는 여러 가지를 사용할 수 있으며, 그 일예로 활성탄과 소수성 제올라이트를 사용할 수 있다.

또한, 상기 재생흡착기(300)는 상기의 흡착 공정과 함께, 흡착제로부터 상기 물질을 높은 온도에서 분리하는 탈착 공정과, 응축기(430)의 가열 공정을 통해 흡착제를 재생하는 재생 공정을 번갈아 수행하게 된다.

이와 같은 재생 공정에 따르면, 재생흡착기(300)의 흡착제에 흡착된 상태에서 유증기가 고온의 온도로 가열되면서 강제 분리(탈착 공정)되어 유증기 회수관(520)을 통해 냉각챔버(200)로 회수된다.

이때, 상기 냉각챔버(200)와 재생흡착기(300) 사이의 유증기 이송관(510)에는, 냉각챔버(200)의 유증기가 재생흡착기(300)로 이송되지 않도록 유증기 유량을 조절하는 유량조절밸브(512)가 설치되어 있다.

상기 유량조절밸브(512)에 의해 상기 유증기 이송관(510)을 차단함에 따라 재생흡착기(300)의 흡착제에 흡착된 유증기만이 강제 분리되어 냉각챔버(200)로 회수되는 것이다.

또한, 상기 재생흡착기(300)에는 상기 유증기 회수관(520)으로 회수되는 가열된 고온의 유증기를 냉각시키는 내부 열교환라인(450)이 추가 설치되어 있다.

이와 같이 상기 내부 열교환라인(450)이 상기 재생흡착기(300) 내에 설치되어 유증기의 온도를 낮춤으로써, 냉각챔버(200)의 과열로 인한 손상과 고장을 사전에 예방할 수 있게 된다.

상기 재생흡착기(300)는 도면에서와 같이 1개가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 유증기 회수관(520)의 경로상에 병렬로 복수개 설치되고, 제어기가 상기 유증기 이송관(510)에 설치된 유량조절밸브(512)를 제어하여 유증기가 재생흡착기(300)에 교번식으로 공급되어 순차적으로 흡착 및 탈착되게 하는 것이 좋다.

상기 재생흡착기(300)에는 포화상태로 흡착된 유증기를 강제로 분리하여 저장탱크(100)와 냉각챔버(200) 사이의 유증기 이송관(510)까지 압송하는 진공펌프(521)가 포함되며, 이러한 진공펌프(521)는 공지된 기술을 이용하는 것이 당연하다.

한편, 도면부호 511, 522, 541은 배관을 따라 유동하는 유증기의 흐름을 선택적으로 개방하거나 차단하는 유량조절밸브이다.

이하, 본 발명에 따른 유증기 회수장치가 유증기를 회수하는 과정을 설명한다.

저장탱크(100)로 공급되어 저장되는 오일로부터 발생하는 유증기는 오일이 공급됨에 따라 발생된 압력에 의해 냉각챔버(200)로 이동하며, 다시 냉각챔버(200)를 거쳐 재생흡착기(300)로 이동하게 된다.

이 과정에서 냉각챔버(200)로 이송된 유증기는 히트펌프(400)의 증발기(420)에 의해 냉각되어 액상(오일)으로 상변화되며 액상유로(530)를 통해 저장탱크(100)로 회수된다.

이때, 냉매는 증발기(420) 및 열교환기(440)를 순환하면서 온도가 하강하게 되며 유증기를 냉각시키게 된다.

상기 유증기 이송관(510)을 통해 냉각챔버(200)를 거쳐 재생흡착기(300)로 이송되는 유증기는 수분, 오일 등의 물질이 재생흡착기(300) 내부의 흡착제에 흡착되고, 정제된 공기가 외부로 배출된다.

한편, 상기 흡착제의 흡착 공정이 종료 후 재생 공정이 개시되며, 상기 재생공정은 상기 흡착제에서 유증기의 흡착이 완료되면 유증기의 탈착이 이루어지는데, 상기 탈착은 순차적으로 진행되며, 상기 흡착제를 통해 포화상태로 흡착이 완료된 유증기는 응축기(430)에 의해 가열되어 흡착제로부터 탈착되고 저장탱크(100)와 냉각챔버(200) 사이의 유증기 이송관(510)까지 압송된다.

이와 같은 방법으로 흡착과 탈착이 반복되는 유증기는 진공펌프(521)의 압송력에 의해 유증기 회수관(520)을 거쳐 저장탱크(100)와 냉각챔버(200) 사이의 유증기 이송관(510)으로 회수되고, 응축기(430)의 가열에 의해 재생된 흡착제는 다시 재생흡착기(300)로 공급된다.

이러한 일련의 유증기 회수과정은 제어기의 제어에 의해 이루어지는데, 상기 제어기는 유증기 압력을 측정하고, 설정압에 도달할 때 유증기 이송관(510), 유증기 회수관(520), 액상유로(530) 상에 설치된 각종 밸브, 펌프 등을 적절하게 제어하여 유증기를 회수하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 유증기 회수장치는, 휘발성 유증기가 대기로 배출되지 않도록 냉각 및 액화시키는 동시에 흡착 및 재생시켜 재사용하도록 저장탱크(100)로 회수함으로써, 성능 및 회수 효율을 향상시킬 수 있으며, 나아가 환경오염 및 인체에 미치는 부정적인 영향을 줄여주는 효과를 제공하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 저장탱크 200 : 냉각챔버
300 : 재생흡착기 400 : 히트펌프
410 : 압축기 420 : 증발기
430 : 응축기 440 : 열교환기
450 : 내부 열교환라인 510 : 유증기 이송관
520 : 유증기 회수관 521 : 진공펌프
530 : 액상유로 540 : 배기구

Claims

오일을 공급받아 저장하며 휘발성 유증기가 발생되는 저장탱크와;
상기 저장탱크에서 발생되는 유증기를 냉각하여 액화시키기 위한 냉각챔버와;
상기 냉각챔버로부터 이송되는 유증기를 흡착 및 탈착시키는 재생흡착기와;
상기 냉각챔버와 재생흡착기에 연결되어 유증기를 냉각 또는 가열하는 히트펌프를 포함하되,
상기 냉각챔버에서 냉각 응축된 유증기는 상기 저장탱크로 회수되고,
상기 재생흡착기로 유입된 유증기는 상기 히트펌프에 의해 반복적으로 냉각되거나 가열되면서 흡착제의 흡착, 탈착 및 재생 공정을 거쳐 상기 냉각챔버로 순환하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 저장탱크, 냉각챔버, 재생흡착기 사이의 경로상에는 상기 저장탱크에서 발생하는 유증기를 이송하는 유증기 이송관이 연결되고,
상기 재생흡착기에는 상기 저장탱크 및 냉각챔버 사이의 경로상에 위치한 유증기 이송관으로 유증기를 순환시키는 유증기 회수관이 연결되며,
상기 냉각챔버에는 액상으로 변화된 유증기를 저장탱크로 안내하는 액상유로가 연결된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 재생흡착기는, 유입된 유증기를 흡착제로 유입하여 흡착하고, 포화상태로 흡착된 유증기를 가열하는 동시에 강제 분리시켜 유증기 회수관을 통해 냉각챔버로 회수하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 히트펌프에는 상기 냉각챔버에 연결되어 냉각챔버 내의 유증기를 냉각하여 액화시키는 증발기가 구비된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 히트펌프에는 상기 재생흡착기에 연결되며, 재생 흡착기 내의 유증기를 가열하기 위한 응축기가 구비된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히트펌프에는 증발기 및 압축기와 연결되며, 상기 압축기에 의해 온도가 상승한 고온의 유증기를 냉각시키는 열교환기가 구비된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재생흡착기에는 상기 유증기 회수관으로 회수되는 가열된 유증기를 냉각시키는 내부 열교환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각챔버와 재생흡착기 사이의 유증기 이송관에는, 재생 공정 중, 냉각챔버의 유증기가 재생흡착기로 이송되지 않도록 유증기 유량을 조절하는 유량조절밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 재생흡착식 유증기 회수장치.