KR101558907B1 - 하이브리드형 열촉매 산화 시스템 - Google Patents

하이브리드형 열촉매 산화 시스템 Download PDF

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KR101558907B1 KR1020140088420A KR20140088420A KR101558907B1 KR 101558907 B1 KR101558907 B1 KR 101558907B1 KR 1020140088420 A KR1020140088420 A KR 1020140088420A KR 20140088420 A KR20140088420 A KR 20140088420A KR 101558907 B1 KR101558907 B1 KR 101558907B1
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정창환
송영아
최균
이순옥
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주식회사 이우이엔티
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
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Abstract

본 발명은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 산화 처리하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 연소산화부, 촉매산화부 및 열교환부를 포함하고, 나아가 열교환부로 유입되는 가스의 유입 경로를 그 온도 또는 유량에 따라 조절하는 단속수단을 구비함으로써 신속하고 효과적으로 유해가스를 처리할 수 있는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 하이브리드형 열촉매 산화 시스템은 외부로부터 유입되는 유해가스를 연소하여 1차 처리하는 연소산화부, 상기 연소산화부로부터 배출되는 연소가스를 촉매를 이용하여 2차 처리하는 촉매산화부, 상기 촉매산화부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하는 열교환부, 및 상기 열교환부로 유입되는 가스의 유입 경로를 그 온도 또는 유량에 따라 조절하는 단속수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드형 열촉매 산화 시스템{HYBRID THERMO-CATALYST OXIDATION SYSTEM}
본 발명은 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 산화 처리하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 연소산화부, 촉매산화부 및 열교환부를 포함하고, 나아가 열교환부로 유입되는 가스의 유입 경로를 그 온도 또는 유량에 따라 조절하는 단속수단을 구비함으로써 신속하고 효과적으로 유해가스를 처리할 수 있는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOCs)은 악취를 일으키며, 호흡기관 장애 및 발암 등 각종 질병을 유발하여 인체에 대한 유해성을 갖는 오염물질이다. 나아가, 휘발성 유기화합물은 대기 중에서 광화학반응을 일으켜 광화학산화물 등의 2차 오염물질을 생성한다. 이러한 문제들로 인하여, 최근에는 휘발성 유기화합물을 분해시켜 배출하도록 하는 환경오염 방지 규제가 강화되는 추세이다.
휘발성 유기화합물을 분해하는 대표적인 분해 방법으로는 연소산화와 촉매산화의 방법이 있다.
연소산화는 광범위한 구간에 걸쳐 유기화합물이 연소되도록 하는 것으로, 이는 상당히 많은 양의 축열재를 요구하며, 장치자체의 크기가 대형화되고, 축열에 따른 높은 산화온도 및 강제 배기 방식에 따른 에너지 손실이 큰 단점이 있다.
한편, 촉매산화는 유기화합물이 촉매를 통과하며 산화되도록 하는 것으로, 이는 손실되는 에너지가 많기 때문에 많은 운전비용을 요구하게 되며, 촉매의 열손상에 따른 사용수명 감소 및 유기화합물의 종류 변화에 따른 장치의 운전이 심하게 변동하게 되는 단점이 있다.
이러한 연소산화와 촉매산화 각각의 상호 단점을 보완하기 위해서, 이들 장치를 병합 구성하는 방식이 사용될 수 있다.
그러나, 상술한 병합 구성은 유해가스에 여러 오염물질이 섞여있거나 처리 가스의 유동량이 변하게 되면 그에 따른 폐열회수 요구량이 변화되는데, 기존의 폐열회수 시스템은 가스의 유입 및 배출이 일괄적으로 이루어져 다양한 처리 환경에 대하여 적합하게 대처하지 못하였다. 이로인해 유해가스의 처리시간이 지연되어 신속하고 효과적인 처리효율을 제공하지 못하는 문제가 있었다.
1. 일본공개특허공보 제2007-132611호(2007.05.31. 공개) 2. 한국등록특허공보 제10-0588067호(2006.06.01. 등록)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 가스의 유입경로를 조절하는 단속수단을 구비하여 다양한 유해가스 처리 환경에 대하여 신속하고 효과적으로 대처할 수 있는 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드형 열촉매 산화 시스템은 외부로부터 유입되는 유해가스를 연소하여 1차 처리하는 연소산화부, 연소산화부로부터 배출되는 연소가스를 촉매를 이용하여 2차 처리하는 촉매산화부, 촉매산화부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하는 열교환부, 및 열교환부로 유입되는 가스의 유입 경로를 그 온도 또는 유량에 따라 조절하는 단속수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 단속수단은, 열교환부의 일측면 소정의 위치에 연결되어 열교환부 내부에 형성된 열교환유로와 연통되는 적어도 하나 이상의 단속배관을 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 단속수단은 단속배관 각각에 마련되어 열교환부로 유입되는 가스의 유입을 단속하는 적어도 하나 이상의 단속밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 단속수단은, 열교환부로 가스를 유입시키지 않고 직접 배출하는 바이패스배관을 더 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 단속수단은 바이패스배관에 마련되어 열교환부로 유입되는 가스의 유입을 단속하는 바이패스밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 열교환부로 유입되는 가스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있다. 나아가, 열교환부로 유입되는 가스의 유량을 측정하는 유량센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환부는 촉매산화부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하여 외부로부터 유입되는 유해가스를 예열하는 제1열교환부를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 열교환부는 제1열교환부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하여 외부로부터 유입되는 공기를 예열하는 제2열교환부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 제1열교환부와 제2열교환부 사이에 마련되어 외부로부터 유입되는 유해가스를 흡착하고, 제2열교환부로부터 유입되는 예열된 공기에 의해 유해가스를 탈착하는 농축부를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 열교환부로 유입되는 가스의 온도 또는 유량에 따라 그 유입 경로를 조절하여 신속하고 효과적으로 휘발성 유기화합물 가스를 산화 처리할 수 있다.
또한, 본 발명은 열에너지를 가장 효율적으로 회수하여 재활용함으로써, 대기오염물질을 처리하는데 필요한 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 연소산화와 촉매산화가 동시에 수행되도록 함으로써, 유해가스에 포함된 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가, 본 발명은 장치가 보다 단순한 구성에 의해 구현되어 장치를 소형화하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드형 열촉매 산화 시스템을 개력적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 도면
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드형 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 산화 시스템은 연소산화부(100), 촉매산화부(200), 및 단속수단(400)을 포함한다.
연소산화부(100)는 휘발성 유기화합물이 포함된 유해가스를 연소하여 1차 처리한다. 이를 위하여 연소산화부(100)는 유해가스 유입구(110), 연소가스 배출구(120) 및 버너(130)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유해가스 유입구(110)는 휘발성 유기화합물을 포함하는 유해가스를 연소산화부(100)로 유입되도록 안내하며, 버너(130)는 유해가스 유입구(110)를 통해 유입된 유해가스를 연소하여 분해한다. 연소가스 배출구(120)는 연소에 의해 1차 처리된 연소가스를 후술하는 촉매산화부(200)로 배출한다. 한편, 연소산화부(100)의 내부에는 축열재(140)가 더 장착되어, 연소가스의 폐열을 회수할 수도 있다.
촉매산화부(200)는 필요에 따라 연소산화부(100)의 전방에 배열될 수 있으나, 최상의 처리효율을 보장하기 위하여 본 발명에서는 연소산화부(100) 후방에 배열되어 1차 처리된 연소가스를 2차 처리하는 것이 바람직하다. 촉매산화부(200)는 연소산화부(100)에서 1차 처리된 연소가스를 촉매산화하여 2차 처리한다. 이를 위하여, 촉매산화부(200)는 연소가스 유입구, 청정가스 배출구 및 촉매층(230)을 포함하며, 연소산화부(100)와는 달리 가열을 위한 별도의 버너(130)는 장착되지 않는다. 이에 따라 촉매산화를 위해 연소가스를 재차 가열할 필요가 없다. 연소가스 유입구는 연소산화부(100)에서 1차 처리된 연소가스가 촉매산화부(200)로 유입되도록 안내한다. 연소가스 유입구를 통해 연소가스가 촉매산화부(200)로 유입되면, 촉매가 구비된 촉매층(230)의 작용으로 연소가스 내에 잔존하는 휘발성 유기화합물을 분해시킨다. 촉매를 이용하여 2차 처리된 청정가스는 청정가스 배출구를 통해 배출된다.
촉매의 재료로는, 일반적으로 백금 혹은 팔라듐 같은 귀금속류와, 크롬산화물, 코발트산화물, 구리산화물, 망간산화물 등과 같은 금속산화물 등이 있으며, 촉매를 장착하는 방법으로는, 입자상의 촉매를 충전하거나, 백금과 같은 촉매물질을 기하학적으로 표면적이 큰 담지체에 코팅하여 사용하고, 이때 담지체로는 비표면적이 큰 감마형 알루미나를 하니컴형(Honeycomb Type, 벌집모양), 펠릿형(Pellet Type), 그물구조 등의 형상으로 성형하여 사용한다.
제1 열교환부(300)는 촉매산화부(200)로부터 배출된 고온의 청정가스의 폐열을 회수하기 위한 장치로서, 청정가스에 잔존하는 열에너지를 회수하여 유해가스를 예열하는 것을 목적으로 한다. 제1 열교환부(300)에는 청정가스와 유해가스가 각각 통과하면서 열교환을 수행하는 열교환유로(미도시)가 마련된다. 열교환 유로는 그 구조에 따라 주전열면형, 판형, 튜브형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 그 구체적인 구현방식은 공지기술로부터 다양한 형태의 적용이 당업자에게 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
단속수단(400)은 제1 열교환부(300)로 유입되는 청정가스의 온도 또는 유량에 따라 그 유입경로를 조절한다. 이러한 단속수단(400)은 단속배관(410), 단속밸브(420), 바이패스배관(430), 바이패스밸브(440), 온도센서(450) 및 유량센서(미도시)를 포함한다.
단속배관(410)은 제1 열교환부(300)에 형성된 열교환유로와 연통되어, 촉매산화부(200)로부터 배출되는 청정 가스를 열교환유로의 특정한 위치에 유입시킨다. 단속배관(410)의 수는 처리하는 유기화합물의 종류 또는 가스의 유량 등 유해가스의 처리환경에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 3개의 단속배관(410)이 마련될 수 있다.
각각의 단속배관(410)은 청정가스가 통과하는 열교환유로의 1/3 지점마다 이격되어 배열된다. 즉, 제1 단속배관(411)을 통해 유입된 청정가스는 제1 열교환부(300)에 형성된 전체 열교환유로의 1/3 만을 통과하도록 하고, 제2 단속배관(412)을 통해 유입된 청정가스는 제1 열교환부(300)에 형성된 전체 열교환유로의 2/3 만을 통과하도록 한다. 또한, 제3 단속배관(413)을 통해 유입된 청정가스는 제1 열교환부(300)에 형성된 전체 열교환유로를 모두 통과하도록 한다.
단속밸브(420)는 제1 열교환부(300)로 유입되는 청정가스의 유입을 단속하기 위한 것으로, 각각의 단속배관(410) 상에 마련된다. 단속밸브(420)는 개방 시에 청정가스를 통과시키고, 폐쇄시에는 청정가스를 차단시킴으로써, 유입되는 청정가스가 특정한 단속배관(410)으로만 통과될 수 있도록 한다.
바이패스배관(430)은 제1 열교환부(300)의 열교환유로로 청정가스를 유입시키지 않고 유동시키기 위한 것으로, 열교환유로의 외측에 형성된다. 바이패스배관(430) 상에는 바이패스밸브(440)가 형성되어, 제1 열교환부(300)로 유입되는 청정가스의 바이패스배관(430)으로의 유입을 조절할 수 있다.
먼저, 단속밸브(420)를 모두 닫고 바이패스밸브(440)만을 개방하는 경우, 촉매산화부(200)에서 배출되는 청정가스는 바이패스배관(430)을 통과한다. 또한, 제1 단속배관(411)의 단속밸브(420)를 개방하고 제2 및 제3 단속배관(412, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하면, 청정가스는 제1 단속배관(411)을 통해 유입되어 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출된다. 한편, 제2 단속배관(412)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제3 단속배관(411, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 청정가스는 제 2 단속배관(412)을 통해 유입되어 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출되며, 제3 단속배관(413)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제2 단속배관(411, 412)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 청정가스는 제3 단속배관(413)을 통해 유입되어 열교환유로를 전부 통과한 후 배출된다.
상술한 가스의 유동 경로의 조절은 청정가스의 온도가 미리 설정한 온도에 이르렀을 때 실시한다. 이로부터 유해가스의 성분이나 유량이 변동하는 경우에도, 처리가 끝난 청정가스의 폐열회수의 필요성 여부를 검토하여 단속수단(400)을 조절함으로써 효과적으로 대응할 수 있다. 즉, 불필요한 열교환을 예방하여 청정가스가 고온인 채 대기에 방출되는 것을 저지할 수 있으며, 변화에 신속하게 대응할 수 있어 높은 처리효율을 제공할 수 있다.
단속밸브(420)와 바이패스밸브(440)의 전단에는 제1 열교환부(300)로 유입되는 청정가스의 상태를 측정하기 위한 장치로서, 온도센서(450)가 마련될 수 있다. 온도센서(450)에서 측정된 청정가스의 온도측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다. 온도센서(450) 외에도 유량센서가 마련될 수 있으며, 유량센서에서 측정된 청정가스의 유량측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단속수단(400)의 작동에 관하여 설명하기로 한다.
각종 공정에서 배출된 유해가스는 제1 열교환부(300)로 유입된다. 제1 열교환부(300)를 통과하며 예열된 유해가스는 이후 연소산화부(100)로 유입된다. 연소산화부(100)로 유입된 유해가스는 버너(130)의 점화에 의해 분해되어 1차 처리 된다. 1차 처리된 연소가스는 연소산화부(100)로부터 배출되어 촉매산화부(200)로 유입되고, 촉매에 의해 분해되어 2차 처리된다.
촉매산화부(200)로부터 배출되는 청정가스는 온도센서(450)에서 검출된 값에 따라 제1, 제2 및 제3 단속배관(411, 412, 413)을 통해 제1 열교환부(300)로 유입되거나, 바이패스배관(430)을 통과한다.
배출되는 청정가스의 온도가 90℃ 이하인 경우, 청정가스가 바이패스배관(430)을 통과할 수 있도록 한다. 배출되는 청정가스의 온도가 90℃를 초과하고 180℃ 이하인 경우에는 청정가스가 제1 단속배관(411)을 통해 유입되어 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 또한, 배출되는 청정가스의 온도가 180℃를 초과하고 250℃ 이하인 경우에는, 청정가스가 제 2 단속배관(412)을 통해 유입되어 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 배출되는 청정가스가 250℃를 초과하는 경우에는, 청정가스가 제3 단속배관(413)을 통해 유입되어 열교환유로를 전부 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 최종적으로, 제1 열교환부(300)를 통과한 청정가스의 온도는 90℃ 이하가 될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
본 실시예에서는, 단속배관(410)은 외부로부터 유입되는 유해 가스를 열교환유로의 특정한 위치에 유입시키기 위한 것으로, 제1 열교환부(300)에 형성된 열교환유로와 연통되어 형성된다.
설명상의 편의를 위해서, 전술한 연소산화부(100), 촉매산화부(200) 및 제1 열교환부(300)의 구성 및 그 작용에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
단속수단(400)은 제1 열교환부(300)로 유입되는 유해가스의 온도 또는 유량에 따라 그 유입경로를 조절한다. 이러한 단속수단(400)은 단속배관(410), 단속밸브(420), 바이패스배관(430), 바이패스밸브(440), 온도센서(450), 및 유량센서를 포함한다.
단속배관(410)은 제1 열교환부(300)에 형성된 열교환유로와 연통되어, 촉매산화부(200)로부터 배출되는 유해가스를 열교환유로의 특정한 위치에 유입시킨다. 단속배관(410)의 수는 처리하는 유기화합물의 종류 또는 가스의 유량 등 유해가스의 처리환경에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 3개의 단속배관(410)이 마련될 수 있다.
각각의 단속배관(410)은 유해가스가 통과하는 열교환유로의 1/3 지점마다 이격되어 배열된다. 즉, 제1 단속배관(411)을 통해 유입된 유해가스는 제1 열교환부(300)에 형성된 전체 열교환유로의 1/3 만을 통과하도록 하고, 제2 단속배관(412)을 통해 유입된 유해가스는 제1 열교환부(300)에 형성된 전체 열교환유로의 2/3 만을 통과하도록 한다. 또한, 제3 단속배관(413)을 통해 유입된 유해가스는 제1 열교환부(300)에 형성된 전체 열교환유로를 모두 통과하도록 한다.
단속밸브(420)는 제1 열교환부(300)로 유입되는 청정가스의 유입을 단속하기 위한 것으로, 각각의 단속배관(410) 상에 마련된다. 단속밸브(420)는 개방 시에 유해가스를 통과시키고, 폐쇄시에는 유해가스를 차단시킴으로써, 유입되는 유해가스가 특정한 단속배관(410)으로만 통과될 수 있도록 한다.
바이패스배관(430)은 제1 열교환부(300)의 열교환유로로 유해가스를 유입시키지 않고 유동시키기 위한 것으로, 열교환유로의 외측에 형성된다. 바이패스배관(430) 상에는 바이패스밸브(440)가 형성되어, 제1 열교환부(300)로 유입되는 유해가스의 바이패스배관(430)으로의 유입을 조절할 수 있다.
먼저, 단속밸브(420)를 모두 닫고 바이패스밸브(440)만을 개방하는 경우, 외부로부터 유입되는 유해가스는 바이패스배관(430)을 통과한다. 또한, 제1 단속배관(411)의 단속밸브(420)를 개방하고 제2 및 제3 단속배관(412, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하면, 유해가스는 제1 단속배관(411)을 통해 유입되어 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출된다. 한편, 제2 단속배관(412)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제3 단속배관(411, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 유해가스는 제2 단속배관(412)을 통해 유입되어 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출되며, 제3 단속배관(413)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제2 단속배관(411, 412)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 유해가스는 제3 단속배관(413)를 통해 유입되어 열교환유로를 전부 통과한 후 배출된다.
상술한 가스의 유동 경로의 조절은 유해가스의 온도가 미리 설정한 온도에 이르렀을 때 실시한다. 이로부터 유해가스의 성분이나 유량이 변동하는 경우에도, 유해가스의 예열 필요성 여부를 검토하여 대응할 수 있다. 즉, 불필요한 열교환을 예방하며, 변화에 신속하게 대응할 수 있어 높은 처리효율을 제공할 수 있다.
단속밸브(420)와 바이패스밸브(440)의 전단에는 제1 열교환부(300)로 유입되는 유해가스의 상태를 측정하기 위한 장치로서, 온도센서(450)가 마련될 수 있다. 온도센서(450)에서 측정된 유해가스의 온도측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다. 온도센서(450) 외에도 유량센서가 마련될 수 있으며, 유량센서에서 측정된 유해가스의 유량측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단속수단(400)의 작동에 관하여 설명하기로 한다.
각종 공정에서 배출된 유해가스는 제1 열교환부(300)로 유입된다. 이때, 유입되는 유해가스의 온도가 360℃ 이상인 경우, 단속밸브(420)를 모두 닫아, 유해가스가 바이패스배관(430)을 통과할 수 있도록 한다. 유입되는 유해가스의 온도가 260℃를 초과하고 360℃ 이하인 경우에는 유해가스가 제1 단속배관(411)으로 유입되어 열교환 유로의 1/3만을 통과하도록 하고, 유해가스의 온도가 140℃를 초과하고 260℃ 이하인 경우에는 유해가스가 제2 단속배관(412)으로 유입되어 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 또한, 유해가스가 140℃ 이하인 경우, 유해가스가 제3 단속배관(413)으로 유입되어 열교환유로를 전부 통과한 후 배출될 수 있도록 하여, 최종적으로 제1 열교환부(300)를 통과한 유해가스의 온도는 360℃ 이상이 될 수 있도록 한다.
제1 열교환부(300)로부터 예열된 유해가스는 이후 연소산화부(100)로 유입되어 버너(130)의 점화에 의해 분해되어 1차 처리 된다. 1차 처리된 연소가스는 연소산화부(100)로부터 배출되어 촉매산화부(200)로 유입되고, 촉매에 의해 분해되어 2차 처리된다. 2차 처리된 청정가스는 제1 열교환부(300)를 통과한 후, 외부로 배출된다.
한편, 상술한 단속수단(400)이 청정가스 배출, 유해가스 유입 측 모두에 마련될 수 있다는 점은 자명하다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드형 열촉매 산화 시스템은 제2 열교환부와, 농축부(500)를 더 포함한다.
설명 상의 편의를 위하여, 전술한 연소산화부(100), 촉매산화부(200), 제1 열교환부(300) 및 제1 열교환부(300)로 유입되는 청정가스의 온도 또는 유량에 따라 그 유입경로를 조절하는 단속수단(400)의 구성 및 그 작용에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제2 열교환부는 제1 열교환부(300)로부터 배출된 고온의 청정가스의 폐열을 회수하기 위한 장치로서, 청정가스에 잔존하는 열에너지를 회수하여 외부로부터 유입되는 외부공기를 예열하는 것을 목적으로 한다. 제2 열교환부에는 청정가스와 외부공기가 각각 통과하면서 열교환을 수행하는 열교환유로(미도시)가 마련된다. 열교환 유로는 그 구조에 따라 주전열면형, 판형, 튜브형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 그 구체적인 구현방식은 공지기술로부터 다양한 형태의 적용이 당업자에게 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
단속수단(400)은 제2 열교환부로 유입되는 청정가스의 온도 또는 유량에 따라 그 유입경로를 조절한다. 이러한 단속수단(400)은 단속배관(410), 단속밸브(420), 바이패스배관(430), 바이패스밸브(440), 온도센서(450), 및 유량센서를 포함한다.
단속배관(410)은 제2 열교환부에 형성된 열교환유로와 연통되어, 제1 열교환부(300)로부터 배출되는 청정가스를 제2 열교환부에 형성된 열교환유로의 특정한 위치에 유입시킨다. 단속배관(410)의 수는 처리하는 유기화합물의 종류 또는 가스의 유량 등 유해가스의 처리환경에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 3개의 단속배관(410)이 마련될 수 있다.
각각의 단속배관(410)은 청정가스가 통과하는 열교환유로의 1/3 지점마다 이격되어 배열된다. 즉, 제1 단속배관(411)을 통해 유입된 청정가스는 제2 열교환부에 형성된 전체 열교환유로의 1/3 만을 통과하도록 하고, 제2 단속배관(412)을 통해 유입된 청정가스는 제2 열교환부에 형성된 전체 열교환유로의 2/3 만을 통과하도록 한다. 또한, 제3 단속배관(413)을 통해 유입된 청정가스는 제2 열교환부에 형성된 전체 열교환유로를 모두 통과하도록 한다.
단속밸브(420)는 제2 열교환부로 유입되는 청정가스의 유입을 단속하기 위한 것으로, 각각의 단속배관(410) 상에 마련된다. 단속밸브(420)는 개방 시에 가스를 통과시키고, 폐쇄시에는 청정가스를 차단시킴으로써, 유입되는 청정가스가 특정한 단속배관(410)으로만 통과될 수 있도록 한다.
바이패스배관(430)은 제2 열교환부의 열교환유로로 청정가스를 유입시키지 않고 유동시키기 위한 것으로, 열교환유로의 외측에 형성된다. 바이패스배관(430) 상에는 바이패스밸브(440)가 형성되어, 제2 열교환부로 유입되는 청정가스의 바이패스배관(430)으로의 유입을 조절할 수 있다.
먼저, 단속밸브(420)를 모두 닫고 바이패스밸브(440)만을 개방하는 경우, 제1 열교환부(300)에서 배출되는 청정가스는 바이패스배관(430)을 통과한다. 또한, 제1 단속배관(411)의 단속밸브(420)를 개방하고 제2 및 제3 단속배관(412, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하면, 청정가스는 제1 단속배관(411)을 통해 유입되어 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출된다. 한편, 제2 단속배관(412)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제3 단속배관(411, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 청정가스는 제 2 단속배관(412)을 통해 유입되어 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출되며, 제3 단속배관(413)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제2 단속배관(411, 412)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 청정가스는 제3 단속배관(413)을 통해 유입되어 열교환유로를 전부 통과한 후 배출된다.
상술한 가스의 유동 경로의 조절은 청정가스의 온도가 미리 설정한 온도에 이르렀을 때 실시한다. 이로부터 유해가스의 성분이나 유량이 변동하는 경우에도, 처리가 끝난 청정가스의 폐열회수의 필요성 여부를 검토하여 대응할 수 있다. 즉, 불필요한 열교환을 예방하여 청정가스가 고온인 채 대기에 방출되는 것을 저지할 수 있으며, 변화에 신속하게 대응할 수 있어 높은 처리효율을 제공할 수 있다.
단속밸브(420)와 바이패스밸브(440)의 전단에는 제2 열교환부로 유입되는 청정가스의 상태를 측정하기 위한 장치로서, 온도센서(450)가 마련될 수 있다. 온도센서(450)에서 측정된 청정가스의 온도측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다. 온도센서(450) 외에도 유량센서가 마련될 수 있으며, 유량센서에서 측정된 청정가스의 유량측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다.
농축부(500)는 제1 열교환부(300)와 제2 열교환부 사이에 마련되어, 외부로부터 유입되는 유해가스를 흡착하여 농축한다. 자세하게는, 농축부(500)가 유해가스에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물 등의 유해물질을 흡착하고, 유해물질을 흡착한 농축부(500)에 제2 열교환부로부터 예열된 외부공기를 공급하면, 유해물질의 탈착이 일어나면서 농축된 유해가스가 배출된다. 농축부(500)에서 배출된 유해가스는 제1 열교환부(300)로 유입된다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단속수단(400)의 작동에 관하여 설명하기로 한다.
각종 공정에서 배출된 유해가스는 농축부(500)로 유입되어 흡착된다. 제2 열교환부로터 예열된 외부공기는 유해가스를 흡착한 농축부(500)로 유입된다. 예열된 외부공기에 의해 탈착된 유해가스는 농축부(500)로부터 배출되어 제1 열교환부(300)로 유입된다. 제1 열교환부(300)로부터 예열된 유해가스는 이후 연소산화부(100)로 유입되어 버너(130)의 점화에 의해 분해되어 1차 처리 된다. 1차 처리된 연소가스는 연소산화부(100)로부터 배출되어 촉매산화부(200)로 유입되고, 촉매에 의해 분해되어 2차 처리된 후 배출된다.
촉매산화부(200)로부터 배출되는 청정가스는 온도센서(450)에서 검출된 값에 따라 제1, 제2 및 제3 단속배관(413)을 통해 제1 열교환부(300)로 유입되거나, 제1 열교환부(300)의 바이패스배관(430)을 통과한다.
우선, 촉매산화부(200)로부터 배출되는 청정가스의 온도가 230℃ 이하인 경우, 청정가스가 제1 열교환부(300)의 바이패스배관(430)을 통과할 수 있도록 한다. 배출되는 청정가스의 온도가 230℃를 초과하고 320℃ 이하인 경우에는 청정가스가 제1 단속배관(411)을 통해 유입되어 제1 열교환부(300) 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 또한, 배출되는 청정가스의 온도가 320℃를 초과하고 440℃ 이하인 경우에는, 청정가스가 제 2 단속배관(412)을 통해 유입되어 제1 열교환부(300) 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 배출되는 청정가스가 440℃를 초과하는 경우에는, 청정가스가 제3 단속배관(413)을 통해 유입되어 제1 열교환부(300) 열교환유로를 전부 통과한 후 배출될 수 있도록 한다.
다음으로, 제1 열교환부(300)로부터 배출되는 청정가스의 온도가 80℃ 이하인 경우, 청정가스가 제2 열교환부의 바이패스배관(430)을 통과할 수 있도록 한다. 배출되는 청정가스의 온도가 80℃를 초과하고 160℃ 이하인 경우에는 청정가스가 제1 단속배관(411)을 통해 유입되어 제2 열교환부 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 또한, 배출되는 청정가스의 온도가 160℃를 초과하고 230℃ 이하인 경우에는, 청정가스가 제2 단속배관(412)을 통해 유입되어 제2 열교환부 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 배출되는 청정가스가 230℃를 초과하는 경우에는, 청정가스가 제3 단속배관(413)을 통해 유입되어 제2 열교환부 열교환유로를 전부 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 최종적으로, 제1 열교환부(300)를 통과한 청정가스의 온도는 80℃ 이하가 될 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 열촉매 산화 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유해가스가 통과하는 열교환유로와 연통하는 단속수단(400)은 제1 열교환부(300)에 마련되고, 외부공기가 통과하는 열교환유로와 연통하는 단속수단(400)은 제2 열교환부에 마련된다.
설명 상의 편의를 위하여, 연소산화부(100), 촉매산화부(200), 제1 열교환부(300), 제2 열교환부, 제1 열교환부(300)로 유입되는 유해가스의 온도 또는 유량에 따라 그 유입경로를 조절하는 단속수단(400)의 구성 및 그 작용에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
단속배관(410)은 제2 열교환부에 형성된 열교환유로와 연통되어, 외부로부터 유입되는 외부공기를 열교환유로의 특정한 위치에 유입시킨다. 단속배관(410)의 수는 처리하는 유기화합물의 종류 또는 가스의 유량 등 유해가스의 처리환경에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 3개의 단속배관(410)이 마련될 수 있다.
각각의 단속배관(410)은 외부공기가 통과하는 열교환유로의 1/3 지점마다 이격되어 배열된다. 즉, 제1 단속배관(411)을 통해 유입된 외부공기는 제2 열교환부에 형성된 전체 열교환유로의 1/3 만을 통과하도록 하고, 제2 단속배관(412)을 통해 유입된 외부공기는 제2 열교환부에 형성된 전체 열교환유로의 2/3 만을 통과하도록 한다. 또한, 제3 단속배관(413)을 통해 유입된 외부공기는 제2 열교환부에 형성된 전체 열교환유로를 모두 통과하도록 한다.
단속밸브(420)는 제2 열교환부로 유입되는 외부공기의 유입을 단속하기 위한 것으로, 각각의 단속배관(410) 상에 마련된다. 단속밸브(420)는 개방 시에 외부공기를 통과시키고, 폐쇄시에는 외부공기를 차단시킴으로써, 유입되는 외부공기가 특정한 단속배관(410)으로만 통과될 수 있도록 한다.
바이패스배관(430)은 제2 열교환부의 열교환유로로 외부공기를 유입시키지 않고 유동시키기 위한 것으로, 열교환유로의 외측에 형성된다. 바이패스배관(430) 상에는 바이패스밸브(440)가 형성되어, 제2 열교환부로 유입되는 외부공기의 바이패스배관(430)으로의 유입을 조절할 수 있다.
먼저, 단속밸브(420)를 모두 닫고 바이패스밸브(440)만을 개방하는 경우, 외부로부터 유입되는 외부공기는 바이패스배관(430)을 통과한다. 또한, 제1 단속배관(411)의 단속밸브(420)를 개방하고 제2 및 제3 단속배관(412, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하면, 외부공기는 제1 단속배관(411)를 통해 유입되어 열교환 유로의 1/3만을 통과한 후 배출된다. 한편, 제2 단속배관(413)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제3 단속배관(411, 413)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 외부공기는 제2 단속배관(412)을 통해 유입되어 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출되며, 제3 단속배관(413)의 단속밸브(420)를 개방하고 제1 및 제2 단속배관(411, 412)의 단속밸브(420)를 폐쇄하게 되면, 외부공기는 제3 단속배관(413)을 통해 유입되어 열교환유로를 전부 통과한 후 배출된다.
상술한 가스의 유동 경로의 조절은 외부공기의 온도가 미리 설정한 온도에 이르렀을 때 실시한다. 이로부터 유해가스의 성분이나 유량이 변동하는 경우에도, 처리가 끝난 외부공기의 폐열회수의 필요성 여부를 검토하여 대응할 수 있다. 즉, 불필요한 열교환을 예방하며, 변화에 신속하게 대응할 수 있어 높은 처리효율을 제공할 수 있다.
단속밸브(420)와 바이패스밸브(440)의 전단에는 제2 열교환부로 유입되는 외부공기의 상태를 측정하기 위한 장치로서, 온도센서(450)가 마련될 수 있다. 온도센서(450)에서 측정된 외부공기의 온도측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다. 온도센서(450) 외에도 유량센서가 마련될 수 있으며, 유량센서에서 측정된 외부공기의 유량측정값을 이용하여 각 단속밸브(420)의 개방 및 폐쇄 여부를 결정한다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단속수단(400)의 작동에 관하여 설명하기로 한다.
각종 공정에서 배출된 유해가스는 농축부(500)로 유입된 후 흡착된다.
한편, 제2 열교환부를 통해 외부공기가 유입된다. 이때, 제2 열교환부로 유입되는 외부공기의 온도가 180℃ 이상인 경우, 단속밸브(420)를 모두 닫아, 외부공기가 제2 열교환부의 바이패스배관(430)을 통과할 수 있도록 한다. 유입되는 외부공기의 온도가 120℃를 초과하고 180℃ 이하인 경우에는 외부공기가 제1 단속배관(411)으로 유입되어 제2 열교환부 열교환 유로의 1/3만을 통과하도록 하고, 외부공기의 온도가 40℃를 초과하고 120℃ 이하인 경우에는 외부공기가 제2 단속배관(412)으로 유입되어 제2 열교환부 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 또한, 외부공기가 40℃ 이하인 경우, 외부공기가 제3 단속배관(413)으로 유입되어 제2 열교환부 열교환유로를 전부 통과한 후 배출될 수 있도록 하여, 최종적으로 제2 열교환부를 통과한 외부공기의 온도는 180℃ 이상이 되어, 농축부(500)로 유입될 수 있도록 한다.
흡착된 유해가스는 제2 열교환부로부터 예열된 외부공기로 인해 탈착되어 제1 열교환부(300)로 유입된다. 이때, 제1 열교환부(300)로 유입되는 유해가스의 온도가 360℃ 이상인 경우, 단속밸브(420)를 모두 닫아, 유해가스가 제1 열교환부(300)의 바이패스배관(430)을 통과할 수 있도록 한다. 유입되는 유해가스의 온도가 250℃를 초과하고 360℃ 이하인 경우에는 유해가스가 제1 단속배관(411)으로 유입되어 제1 열교환부(300) 열교환 유로의 1/3만을 통과하도록 하고, 유해가스의 온도가 120℃를 초과하고 250℃ 이하인 경우에는 유해가스가 제2 단속배관(412)으로 유입되어 제1 열교환부(300) 열교환유로의 2/3만을 통과한 후 배출될 수 있도록 한다. 또한, 유해가스가 120℃ 이하인 경우, 유해가스가 제3 단속배관(413)으로 유입되어 제1 열교환부(300) 열교환유로를 전부 통과한 후 배출될 수 있도록 하여, 최종적으로 제1 열교환부(300)를 통과한 유해가스의 온도는 360℃ 이상이 되어, 연소산화부(100)로 유입될 수 있도록 한다.
연소산화부(100)로 유입된 유해가스는 버너(130)의 점화에 의해 분해되어 1차 처리 된다. 1차 처리된 연소가스는 연소산화부(100)로부터 배출되어 촉매산화부(200)로 유입되고, 촉매에 의해 분해되어 2차 처리된다. 이후, 촉매산화부(200)로부터 배출되는 청정가스는 제1 열교환부(300)와 제2 열교환부를 거쳐 외부로 배출된다.
한편, 상술한 단속수단(400)이 청정가스 배출, 유해가스 유입, 외부공기 유입 측 모두에 마련될 수 있다는 점은 자명하다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 연소산화부 110: 유해가스 유입구
120: 연소가스 배출구 130: 버너
140: 축열재 200: 촉매산화부
210:연소가스 유입구 220: 청정가스 배출구
230: 촉매층 300: 제1 열교환부
400:단속수단 410: 단속배관
411: 제1 단속배관 412: 제2 단속배관
413: 제3 단속배관 420: 단속밸브
430: 바이패스배관 440: 바이패스밸브
450: 온도센서 500: 농축부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 외부로부터 유입되는 유해가스를 연소하여 1차 처리하는 연소산화부;
    상기 연소산화부로부터 배출되는 연소가스를 촉매를 이용하여 2차 처리하는 촉매산화부;
    상기 촉매산화부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하는 열교환부; 및
    상기 열교환부로 유입되는 가스의 유입 경로를 그 온도 또는 유량에 따라 조절하는 단속수단을 포함하며,
    상기 단속수단은 상기 열교환부의 일측면 소정의 위치에 연결되어 살기 열교환부 내부에 형성된 열교환유로와 연통되는 적어도 하나 이상의 단속 배관과, 상기 단속배관 각각에 마련되어 상기 열교환부로 유입되는 가스의 유입을 단속하는 적어도 하나 이상의 단속밸브와, 상기 열교환부로부터 가스를 유입시키지 않고 직접 배출하는 바이패스배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 단속수단은,
    상기 바이패스배관에 마련되어 상기 열교환부로 유입되는 가스의 유입을 단속하는 바이패스밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 열교환부로 유입되는 가스의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열교환부로 유입되는 가스의 유량을 측정하는 유량센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 촉매산화부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하여 외부로부터 유입되는 유해가스를 예열하는 제1열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제1열교환부로부터 배출되는 청정가스의 폐열을 회수하여 외부로부터 유입되는 공기를 예열하는 제2열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1열교환부와 상기 제2열교환부 사이에 마련되어 외부로부터 유입되는 유해가스를 흡착하고, 상기 제2열교환부로부터 유입되는 예열된 공기에 의해 유해가스를 탈착하는 농축부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 열촉매 산화 시스템.
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