KR20200036307A - 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치 - Google Patents

선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐열 회수 기술에 관한 것으로 더욱 상세하게는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예들에 따르면, 텐터기에서 발생되는 가스의 폐열을 열교환을 통해 회수하여 다시 생산공정에서 재활용할 수 있고, 가스가 열교환튜브 내를 선회하면서 상부에서 하부로 하향하게 되면 선회류의 횟수가 증가하여 열교환 효율을 증가시키고 선회류로 인해 가스의 유적 또한 제거할 수 있다.

Description

선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치 {COUNTERCURRENT RECOVERING DEVICE FOR TENTER MACHINE RECOVERING WASTE HEAT OF HIGH TEMPERATURE GAS WITH SWIRL FLOW AND REMOVING OIL MIST}
본 발명은 폐열 회수 기술에 관한 것으로 더욱 상세하게는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적(Oil Mist)를 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치에 관한 것이다.
염색단지에서 배출되는 가스는 높은 온도로 배출되어 악취 뿐만 아니라 다량의 오일 미스트와 같은 백연 원인물질을 포함한다.
배출가스 중의 악취와 유적을 제거하기 위해 전기 집진기와 오일필터를 적용하고 있으나 가스는 산업현장에서 대부분 높은 온도로 배출되기 때문에 기체로 존재하므로 전기 집진 방식은 제거가 어렵고 화재발생의 우려로 습식 전기 집진 방식으로 적용되고 있다. 또한, 오일필터 방식은 오염물질 저감과 오일회수에 긍정적이었으나 열회수율이 낮고 미세먼지의 저감효율이 낮고 수증기에 의한 백연이 다량 발생한다는 단점이 발생하였다.
염색단지에서는 열회수율을 높이고, 유적과 수증기에 의해 발생하는 악취를 저감하기 위해 여러 연구와 실증사업이 진행되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1206505호(2012.11.23, 텐터기 배기가스 전기 흄 집진장치)
본 발명은 폐열 처리 과정에서 열교환효율을 높이고 열교환효과로 가스 물질을 액체로 상(Phase)변화시켜 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 텐터기용 향류 회수장치는 가스가 통과하는 1개 이상의 열교환튜브가 포함되어 폐열교환이 이루어지는 가스열교환부 및 열교환튜브와 접촉하여 가스의 폐열을 회수하는 유체열교환부를 포함할 수 있다.
열교환튜브는 가스가 통과되는 동안 소용돌이를 발생하는 선회류 발생기를 포함할 수 있다.
선회류 발생기는 열교환튜브 내에 관통하여 배치되거나 일부분에 배치될 수 있고, 소용돌이를 발생하는 가이드 및 열교환튜브 내에 고정을 위한 고정부를 포함할 수 있고, 열교환튜브의 입구와 출구에 형성되어 가스 중의 유적을 제거할 수 있다. 선회류 발생기는 1개 이상의 부채모양의 날개(blade)와 날개가 고정되는 날개 고정부(shaft)를 포함할 수 있다. 날개는 상기 날개 고정부에 상하로 일정한 간격을 가지고 형성될 수 있고, 가장 인접한 날개와 부채 모양으로 겹쳐서 구성되어 날개 고정부를 중심으로 회오리 모양으로 형성될 수 있다.
본 발명은 텐터기에서 발생되는 가스의 폐열을 열교환을 통해 회수하여 다시 생산공정에서 재활용할 수 있다.
본 발명은 가스가 열교환튜브 내를 선회하면서 상부에서 하부로 하향하게 되면 유속은 빨라지고 선회류는 증가하여 열교환 효율을 증가시키고 선회류로 인해 가스의 유적 또한 제거할 수 있다.
본 발명은 선회류에 의한 원심력을 이용해 비중이 있는 유적(분진)을 제거하는 장치로 설치와 운전이 가능하고 고온에서도 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 원심력에 의해 유적이 제거되어 후단의 흡수시설에 유적 유입을 감소시켜 세정수의 오염을 방지하는 장점이 있다.
본 발명은 가스에 포함되어 있는 비중이 있는 유적(분진)을 제거하는 과정에서 세정수를 사용하지 않으므로 수증기에 의한 백연이 발생되지 않는 장점이 있다.
본 발명은 세정수의 증발에 의한 직접 열교환이 아니므로 단열 냉각되어 포화 수증기량이 감소되어 백연이 저감되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 교환기를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 다수의 열교환튜브를 원통형으로 구성한 열교환기의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 선회류 발생기가 장착된 열교환튜브를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선회류 발생기를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 선회류 발생기를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 선회류 발생기를 나타낸 사시도.
도 8는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 열교환튜브 내에 선회류 발생기로 인한 가스의 흐름을 나타낸 도면.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 결합 또는 연결이라 함은, 각 구성요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다. 도면에서 나타난 각 구성요소의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치는 폐열 회수기(10), 가스처리기(50)를 포함할 수 있다.
폐열 회수기(10)는 가스의 폐열을 유체열교환부(100)를 통해 회수할 수 있고 열교환 과정에서 선회류로 가스의 유적을 제거할 수 있다.
폐열 회수기(10)는 가스처리기(50)와 결합하여 열교환으로 감온되고 선회류로 유적이 제거된 가스를 가스처리기(50)로 배급할 수 있다.
가스처리기(50)은 폐열 회수기(10)에서 열교환 과정을 마친 가스의 유해성분을 추가로 제거하여 대기로 방출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 폐열 회수기를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 폐열 회수기(10)는 유체열교환부(100), 가스열교환부(200)이 포함한다.
유체열교환부(100)는 유체주입구(110), 유체배출구(120), 열교환부제1판(130) 및 열교환부제2판(150)을 포함한다.
유체열교환부는(100)는 유체주입구(110)로 유입된 유체가 하부에서 상부로 이동하여 유체배출구(120)로 배출될 때까지 열교환튜브(300) 내를 통과하는 텐터기용 폐열가스와 열교환이 이루어진다.
유체열교환부(100)는 유체주입구(120)를 유체배출구(110)보다 하부에 배치하여 내부에서 유체가 하부에서 상부로 상향 이동하여 열전달효율을 증가시킬 수 있다.
유체주입구(110)는 유체열교환부(100)내에 형성될 수 있고, 일 예로는 유체열교환부(100)의 하부에 형성할 수 있다.
유체주입구(110)는 열교환을 위한 냉매를 주입할 수 있는 부분으로, 일 예로는 산업단지에서 재사용할 수 있는 공업용수를 냉매로 주입할 수 있다.
유체배출구(120)는 유체열교환부(100) 내에 형성될 수 있고, 일 예로는 유체열교환부(100)의 상부에 형성할 수 있다.
유체배출구(120)는 유체주입구(100)로 유입된 유체와 가스열교환부(200)의 열교환튜브(300) 내를 통과하는 가스가 열교환하여 온도가 상승한 유체가 배출될 수 있다.
열교환부제1판(130)은 유체열교환부(100) 내에 배치되어 주입된 가스와 유체가 섞이지 않도록 분리할 수 있다.
열교환부제2판(150)은 유체열교환부(100) 내에 배치되어 열교환 과정을 통과한 가스와 유체가 섞이지 않도록 분리할 수 있다.
가스열교환부(200)는 가스주입구(210), 가스배출구(220) 및 열교환튜브(300)를 포함한다.
가스열교환부(200)는 가스주입구(210)에서 유입된 텐터기용 폐열가스가 1개 이상의 열교환튜브(300)를 통과하여 열교환튜브(300)를 둘러싼 유체와 열교환 과정을 거쳐 폐열을 회수할 수 있다.
가스주입구(210)는 텐더기에서 배출된 텐터기용 폐열가스를 가스열교환부(200)에 주입할 수 있다.
가스주입구(210)는 가스열교환부(200)의 일 측에 결합되어 텐터기용 가스를 가스열교환부(200)로 주입할 수 있다.
가스주입구(210)는 가스 유입 시 자동적으로 선회류가 발생하도록 가스열교환부(200) 상단의 측면으로 형성될 수 있다.
가스배출구(220)는 유체열교환부(100)를 통과하는 유체와 열교환튜브(300) 내를 통과하여 열교환과정을 마친 텐터기용 폐열가스를 배출한다.
가스배출구(220)는 일 측이 가스열교환부(200)에 결합되고 타 측은 가스처리기(50)와 결합되도록 형성될 수 있다
가스배출구(220)는 열교환이 완료되고 유적이 제거된 가스를 가스처리기로 배출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 열교환튜브(300)를 원통형으로 구성한 가스열교환부의 횡단면도이다.
도 3을 참조하면 가스열교환부(200)는 1개 이상의 열교환튜브(300)를 포함하다.
열교환튜브(300)는 가스주입기(210)를 통해 유입된 가스가 상단에서 하단으로 이동할 때 열교환튜브를 둘러싼 외부의 유체열교환부(100)의 유체에 열을 전달한다.
열교환튜브(300)는 예를 들면, 선회류 발생기(310)를 내부에 포함한 기둥 형태일 수 있으며, 기둥 형태는 원 기둥일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다,
열교환튜브(300)는 가스주입기(210)를 통해 유입된 가스가 이동할 때 외부의 유체와 열이 교환된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선회류 발생기(Cyclonic Cap)가 장착된 열교환튜브를 나타낸 사시이다.
도 4를 참조하면 열교환튜브(300)는 난류와 선회류를 발생시키고 가스의 유속은 빨라지고 선회류는 증가하여 열전달효율이 높아지도록 선회류 발생기(310)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선회류 발생기를 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 선회류 발생기(310)는 선회류를 발생시키는 가이드(320) 및 가이드(320)를 열교환튜브(300) 내부에 고정하는 가이드 고정부(330)를 포함한다.
가이드(320)는 나선형으로 형성되어 텐터기용 폐열가스가 열교환튜브(300)를 통과할 때 회오리 또는 소용돌이를 발생시킨다.
가이드(320)는 폐열가스의 유입 시 충돌 또는 발생되는 소용돌이로 인하여 폐열가스에 포함한 유적이 관성력 또는 원심력으로 인하여 가이드(320) 또는 열교환튜브(300) 내면에 충돌하여 하부로 배출되어 제거될 수 있다.
가이드 고정부(330)는 열교환튜브(300) 내에 선회류 발생기(310)를 관통하여 배치하거나 일부분에 배치한다.
가이드 고정부(330)는 선회류 발생기(310)를 열교환튜브(300)에 삽입하여 탈거한다.
선회류 발생기(310)는 가스가 열교환튜브(300)를 통과할 때 가스의 유속은 빨라지고 선회류는 증가하여 열교환튜브(300) 외부를 통과하는 유체와의 열교환 효율을 증가시킬 수 있다.
선회류 발생기(310)는 가스가 열교환튜브(300)를 통과할 때 열교환튜브(300) 내의 중심부로 흐르는 가스와 열교환튜브(300) 내 측면을 타고 흐르는 가스가 서로 혼합하여 열교환이 골고루 이루어지게 하여 열교환 효율을 증가시킬 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 선회류 발생기를 나타낸 종단면도이다.
도 6을 참조하면, 선회류 발생기(310)는 복수의 날개(340)와 날개(340)를 고정할 수 있는 날개 고정부(350)를 포함한다.
복수의 날개(340)는 날개 고정부(350)의 상하로 간격을 형성하여 날개 고정부(350)에 회오리 모양으로 설치될 수 있다.
날개 고정부(350)는 열교환튜브(300) 내에 선회류 발생기(310)를 관통하여 배치하거나 일부분에 배치한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 선회류 발생기를 나타낸 사시도이다.
도 7을 참조하면, 날개(340)는 부채 모양으로 중심각은 60°~120°이고, 바람직하게는 90°이다.
날개(340)은 날개 고정부(350)에 30°~60°의 각도로 형성될 수 있고 바람직하게는 날개 고정부(350)와 45°의 각도로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 날개(340)는 날개 고정부(350)에 고정할 때 날개 고정부(350)를 중심으로 각 날개(340)가 부채 모양으로 겹치도록 설치하여 선회류를 효과적으로 발생시킬 수 있다.
가장 인접한 두 날개(340)가 겹쳐지는 각도는 날개(340)의 중심각보다 작도록 하되 10°~20°이고, 바람직하게는 15°일 수 있다.
도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환튜브 내에 선회류 발생기로 인한 가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 날개 고정부(350)와 날개(340)가 결합된 선회류 발생기(310)의 지름은 열교환튜브(300)의 지름보다 작게 형성하여 열교환튜브 내에 선회류 발생기를 설치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 아래와 같은 조건처럼 발생된 110℃의 가스에서 15℃정도의 열회수를 한다면 열회수량은 아래와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00001
즉 가스의 온도를 40℃ 감온하면서 얻어지는 열량은 약 166,500kcal/hr 정도이며 LNG로 연료 절감량을 환산하면 약 16Nm3/hr을 얻을 수 있다. 만일 120℃의 가스가 열교환없이 바로 악취방지 흡수시설인 가스처리기로 유입되면 세정수의 증발에 의해 단열 냉각되면서 이동하여 상대습도 100%로 포화되며 이때의 절대습도는 0.18kg H2O/kg DA이고 출구온도는 대략 68℃이다. 그러나 가스처리기 전단계에 본 발명의 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치를 설치하여 가스의 온도를 40℃감온되면 단열 증습하면서 이동하며 절대습도는 0.16kg H2O/kg DA이고 온도는 60℃내외로 감소되며 이때의 증발량과 가스량의 변화는 아래와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
본 발명에 일 실시 예에 따르면 원심력을 이용한 선회류 발생기(310)에서의 원심력 집진 효율은 아래와 같이 분리한계입자경을 이용하여 계산할 수 있다
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 폐열 회수기
50: 가스처리기
100: 유체열교환부
110: 유체유입구
120: 유체배출구
130: 열교환부제1판
150: 열교환부제2판
200: 가스열교환부
210: 가스주입구
220: 가스배출구
300: 열교환튜브
310: 선회류 발생기(Cyclonic Cap)
320: 가이드(vane)
330: 가이드 고정부
340: 날개(blade)
350: 날개 고정부(shaft)

Claims (8)

  1. 텐터기에서 발생되는 가스의 폐열 회수 장치에 있어서,
    상기 가스가 통과하는 1개 이상의 열교환튜브가 포함되어 폐열교환이 이루어지는 가스열교환부; 및
    상기 열교환튜브와 접촉하여 상기 가스의 폐열을 회수하는 유체열교환부를 포함하는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환튜브는 상기 가스가 통과되는 동안 소용돌이를 발생하는 선회류 발생기를 포함하는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선회류 발생기는 상기 열교환튜브 내에 관통하여 배치되거나 일부분에 배치되는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 선회류 발생기는 상기 소용돌이를 발생하는 가이드 및 열교환튜브 내에 고정을 위한 고정부를 포함하는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 선회류 발생기는 열교환튜브의 입구와 출구에 형성되어 고온가스 중의 유적을 제거할 수 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 선회류 발생기는 1개 이상의 부채모양의 날개와 날개가 고정되는 날개 고정부를 포함하는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 날개는 상기 날개 고정부에 상하로 일정한 간격을 가지고 형성되는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 날개는 가장 인접한 날개와 부채 모양으로 겹쳐서 구성되어 날개 고정부를 중심으로 회오리 모양으로 형성되는 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치.

KR1020180115788A 2018-09-28 2018-09-28 선회류로 고온가스의 폐열 회수와 유적을 제거할 수 있는 텐터기용 향류 회수장치 KR102134252B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5858280U (ja) * 1981-10-13 1983-04-20 株式会社ミハマ製作所 合成樹脂製乱流子
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KR20140054727A (ko) * 2012-10-29 2014-05-09 조승범 열교환용 나선형 전열관

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