KR20170055892A - 배기가스 혼합 믹서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 보일러 후단의 선택적 촉매환원장치에 공급되는 배기가스 혼합 덕트 구조에 있어서, 온도가 서로 다른 기체가 각 유입될 수 있는 2 구획의 유입부를 가지고, 상기 유입부로부터 유입된 각 기체가 소정의 각도로 유로가 변경되어 복수의 구획으로 흐르도록 형성되는 기체 수용부; 상기 기체 수용부와 연통되어 기체를 배출하는 배출부; 및 상기 기체가 배출되는 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 복수의 단위 플레이트가 상기 배출부의 중공부의 상부와 하부에 배치되어, 상기 배출부의 중공부의 중앙부는 개방된 구조로 형성되는 믹싱 플레이트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

배기가스 혼합 믹서{static mixer}

본 발명은 배기가스 혼합 믹서에관한 것으로 보다 상세하게는 유동 현상을 고려하여 상부 믹싱플레이트와 하부 믹싱플레이트 사이의 중간 유로부분을 개방한 구조를 통해 종래의 기술에 필요했던 플레이트 수를 줄여 재료는 절감하면서도, 와류 등의 복잡한 유동현상을 일으켜 혼합 효율을 증대시키고 중간 유로부분이 개방되지 않은 구조보다 압력손실을 줄이는 배기가스 혼합 믹서에 관한 것이다.

일반적으로 보일러 후단 설비인 SCR 입구에서 덕트 단면의 온도 분포(차이)는 최대 20°C 내외가 되어야 한다. 이를 위하여 보일러 백패스의 절탄기를 통과한 배기가스를 혼합하여야 하는 덕트 구조가 필요하다.

그런데 종래 기술에 따른 덕트 구조는 압력 손실은 적은 반면, SCR 입구에서의 온도분포를 SCR이 정상적으로 작동할 수 있는 범위내로 제어하는 구성이 부족하였다.

본 발명의 목적은, 유동 현상을 고려하여 상부 믹싱플레이트와 하부 믹싱플레이트 사이의 중간 유로부분을 개방한 구조를 통해, 와류 등의 복잡한 유동현상을 일으켜 서로 다른 온도의 기체의 혼합 효율을 증대하는 배기가스 혼합 믹서를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서는, 보일러 후단의 선택적 촉매환원장치에 공급되는 배기가스 혼합 덕트 구조에 있어서, 온도가 서로 다른 기체가 각 유입될 수 있는 2 구획의 유입부를 가지고, 상기 유입부로부터 유입된 각 기체가 소정의 각도로 유로가 변경되어 복수의 구획으로 흐르도록 형성되는 기체 수용부; 상기 기체 수용부와 연통되어 기체를 배출하는 배출부; 및 상기 기체가 배출되는 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 복수의 단위 플레이트가 상기 배출부의 중공부의 상부와 하부에 배치되어, 상기 배출부의 중공부의 중앙부는 개방된 구조로 형성되는 믹싱 플레이트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기체 수용부는, 상방의 제 1 개구부를 가지고 소정의 제 1 경사면을 가지는 제 1 기체 수용부; 및 상기 제 1 개구부의 일부를 폐쇄하고 제 2 개구부를 가지고 소정의 제 2 경사면을 가지는 제 2 기체 수용부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1개구부 중 상기 배출부 측에 있는 면적을 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2개구부는 상호 연통되지 않는 독립된 복수개로 형성되어, 각 상기 배출부와 연통되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배출부는, 상기 믹싱 플레이트부가 결합된 상기 중공부로부터 연통되되, 배출방향으로 복수의 분기 덕트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 믹싱 플레이트부는, 일단이 상기 배출부의 중공부 내부의 하면에 결합되고, 타단이 상기 배출부의 중공부 내부의 상면에 결합되는 한 쌍의 지지 파이프 및 상기 한 쌍의 지지파이프 각 양단이 결합되는 단위 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단위 플레이트는, 상기 중공부가 형성하는 하부 유로중 일부를 막는 하부 단위 플레이트와 상기 중공부가 형성하는 상부 유로 중 일부를 막는 상부 단위 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 단위 플레이트는 상기 배출부의 길이방향과 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 단위 플레이트는 상기 하부 단위 플레이트의 상방에 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 단위 플레이트는 3개로 구성되고, 상기 하부 단위 플레이트는 상기 상부 단위 플레이트와 각 짝을 이루어 각각이 교차하며 형성되도록 3개로 구성되고, 상기 상부 단위 플레이트와 소정의 간격을 두고 하부 단위 플레이트가 하나 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1기체 수용부와 상기 제 2기체 수용부로 수용되는 기체는 각각 온도가 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단위 플레이트는 외면에서 소정의 깊이로 홈이 형성된 복수의 딤플이 형성되어 상기 유입부와 상기 배출부 사이의 압력차이를 낮출 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유동 현상을 고려하여 상부 믹싱플레이트와 하부 믹싱플레이트 사이의 중간 유로부분을 개방한 구조를 통해, 와류 등의 복잡한 유동현상을 일으켜 서로 다른 온도의 기체의 혼합 효율을 증대하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 상면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서에서 믹싱 플레이트부의 도시를 생략한 경우의 정면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 정면도를 나타낸 것이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 측면도를 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서를 구성하는 믹싱 플레이트부를 나타낸 것이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시에 따르되 중공부의 유로가 개방되지 않은 경우의 온도변화의 해석도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서를 구성하는 믹싱 플레이트부가 설치된 경우의 온도변화의 해석도이다.
도 8은 CFD 해석 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 사시도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 상면도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서에서 믹싱 플레이트부의 도시를 생략한 경우의 정면도를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 정면도를 나타낸 것이다.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서의 측면도를 나타낸 것이다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서를 구성하는 믹싱 플레이트부를 나타낸 것이다.

도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시에 따르되 중공부의 유로가 개방되지 않은 경우의 온도변화의 해석도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서를 구성하는 믹싱 플레이트부가 설치된 경우의 온도변화의 해석도이다.

도 8은 CFD 해석 결과를 나타낸 것이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서는 보일러 후단의 선택적 촉매환원장치에 공급되는 배기가스 혼합 덕트 구조로서, 온도가 서로 다른 기체(10, 20)가 각 유입될 수 있는 2 구획의 유입부(110, 210)를 가지고, 상기 유입부(110, 210)로부터 유입된 각 기체가 소정의 각도로 유로가 변경되어 복수의 구획(111, 211)으로 흐르도록 형성되는 기체 수용부(100, 200)와, 상기 기체 수용부(100,200)와 연통되어 기체를 배출하는 배출부(300)와, 상기 기체가 배출되는 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 복수의 단위 플레이트(410)가 상기 배출부(300)의 중공부의 상부(310)와 하부(320)에 배치되어, 상기 배출부(300)의 중공부의 중앙부(330)는 개방된 구조로 형성되는 믹싱 플레이트부(400)를 포함할 수 있다.

상기 기체 수용부(100, 200)는, 상방의 제 1 개구부(110)를 가지고 소정의 제 1 경사면(120)을 가지는 제 1 기체 수용부(100), 상기 제 1 개구부(110)의 일부를 폐쇄하고 제 2 개구부(210)를 가지고 소정의 제 2 경사면(220)을 가지는 제 2 기체 수용부(200)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 기체 수용부(100)와 상기 제 2 기체 수용부(200)로 수용되는 기체(10, 20)는 각각 온도가 다른 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제 1 기체 수용부(100)에 수용되는 기체(10)가 고온이면, 상기 제 2 기체 수용부(200)로 수용되는 기체(20)는 저온이고, 반대의 경우로 형성될 수도 있다.

보일러 후단 설비인 SCR 입구에서 고온 기체와, 저온 기체의 온도 차이는 최대 20°C 내외가 되어야 한다. 상술한 구성은, 이를 위하여 보일러 백패스의 절탄기를 통과한 상기 배기가스를 혼합하여 선택적 촉매환원장치 입구에서의 온도분포(차이)를 선택적 촉매환원장치가 정상적으로 작동할 수 있는 범위내로 제어하는 배기가스 혼합 믹서의 형상이다.

상기 제 2 기체 수용부(200)는, 상기 제 1 개구부(110) 중 상기 배출부(300) 측에 있는 면적을 폐쇄하도록 형성될 수 있다.

상기 제 2 개구부(210)는 상호 연통되지 않는 독립된 복수개로 형성되어, 각 상기 배출부(300)와 연통될 수 있다.

상기 배출부(300)는, 상기 믹싱 플레이트부(400)가 결합된 상기 중공부로부터 연통되되, 배출방향으로 복수의 분기 덕트(350)를 추가로 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 믹싱 플레이트부(400)는, 일단이 상기 배출부(300)의 중공부 내부의 하면에 결합되고, 타단이 상기 배출부(300)의 중공부 내부의 상면에 결합되는 한 쌍의 지지 파이프(415) 및 상기 한 쌍의 지지 파이프(415) 각 양단이 결합되는 단위 플레이트(410)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중앙부(330)가 비어 있는 구조로 인하여 상기 배기가스가 지나갈 때 발생할 수 있는 진동 및 응력 증가로 인한 구조적 문제를 해결하기 위하여 상기 단위 플레이트(410) 끝단에 SCH 파이프를 적용할 수 있다.

상기 단위 플레이트(410)는, 상기 중공부가 형성하는 하부 유로 중 일부를 막는 하부 단위 플레이트(411)와 상기 중공부가 형성하는 상부 유로 중 일부를 막는 상부 단위 플레이트(412)를 포함할 수 있다.

상기 하부 단위 플레이트(411)는 상기 배출부(300)의 길이방향과 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성될 수 있다.

상기 상부 단위 플레이트(412)는 상기 하부 단위 플레이트(411)와 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성될 수 있다.

상술한 구성은, 유동 현상을 고려하여 상기 하부 단위 플레이트(411)와 상기 상부 단위 플레이트(412)의 교차 구조, 그리고 상기 배출부(300)의 중공부 유로 중 하부 유로와 상부 유로를 상기 상부단위 플레이트(410)와 상기 하부 단위 플레이트(411)가 일부분 막는 구조를 통해 재료비 절감 및 와류 등의 복잡한 유동현상을 일으켜 혼합 효율을 증대하고 압력손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 단위 플레이트(412)는 3개로 구성되고, 상기 하부 단위 플레이트(411)는 상기 상부 단위 플레이트(412)와 각 짝을 이루어 각각이 교차하며 형성되도록 3개로 구성될 수 있다. 또한 상기 상부 단위 플레이트(412)와 소정의 간격을 두고 하부 단위 플레이트(411a)가 하나 더 형성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 해석에 따르면, 상술한 구성은, 고온의 가스와 저온의 가스를 상기 믹싱 플레이트부(400)를 통하여 교차시켜 주는 동시에 상기 중공부에 중앙부(330)에 틈을 만들어, 와류를 발생시켜 온도를 섞어 주는 효과가 있다. 따라서 해석결과 더 고른 온도 분포를 확인할 수 있다.

상술한 구조에 따라, CFD에 의한 해석을 해 본 결과 도 8과 같은 결과를 얻을 수 있다.

상기 배기가스 혼합 믹서가 설치되지 않은 일반적인 덕트구조에서는 측정결과 최고 온도와 최저 온도의 편차가 23.1°C이다.

한편, 상기 배기가스 혼합 믹서를 설치하되, 상기 배출부(300)의 중공부 유로 중 하부 유로와 상부 유로를 상기 상부 단위 플레이트(412)와 상기 하부 단위 플레이트(411)가 일부분 막는 구조가 아니라, 상기 중공부 유로 전체를 교차하여 막는 구조에서는 상기 최고 온도와 최저 온도의 편차가 14.1°C이다.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서를 설치한 경우에는, 상기 최고 온도와 최저 온도의 편차가 12.4°C로서 편차가 가장 적은 효과를 낼 수 있다.

또한 상기 배기가스 혼합 믹서가 설치되지 않은 일반적인 덕트구조에서는 측정결과 압력 저감 정도가 45.6pa로 저감 효과는 높지만 상기 최고 온도와 최저 온도의 편차가 23.1°C이기 때문에 이 경우에는 사실상 현실적으로 보일러 후단 설비에 사용을 할 수 없다.

한편, 상기 배기가스 혼합 믹서를 설치하되, 상기 배출부(300)의 중공부 유로 중 하부 유로와 상부 유로를 상기 상부 단위 플레이트(412)와 상기 하부 단위 플레이트(411)가 일부분 막는 구조가 아니라, 상기 중공부 유로 전체를 교차하여 막는 구조에서는 압력 저감 정도가 173.6pa로 나타난다.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서를 설치한 경우에는, 압력 저감 정도가 167.6pa로서 저감되는 정도가 적은 효과를 낼 수 있다.

따라서 이와 같은 이유로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 혼합 믹서는 온도편차를 저감하고, 압력저감을 줄이는 효과를 낼 수 있음을 알 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 제 1 기체 수용부
200 : 제 2 기체 수용부
300 : 배출부
400 : 믹싱 플레이트부

Claims (12)

1. 보일러 후단의 선택적 촉매환원장치에 공급되는 배기가스 혼합 덕트 구조에 있어서,
   온도가 서로 다른 기체가 각 유입될 수 있는 2 구획의 유입부를 가지고, 상기 유입부로부터 유입된 각 기체가 소정의 각도로 유로가 변경되어 복수의 구획으로 흐르도록 형성되는 기체 수용부;
   상기 기체 수용부와 연통되어 기체를 배출하는 배출부; 및
   상기 기체가 배출되는 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 복수의 단위 플레이트가 상기 배출부의 중공부의 상부와 하부에 배치되어, 상기 배출부의 중공부의 중앙부는 개방된 구조로 형성되는 믹싱 플레이트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기체 수용부는,
   상방의 제 1 개구부를 가지고 소정의 제 1 경사면을 가지는 제 1 기체 수용부; 및
   상기 제 1 개구부의 일부를 폐쇄하고 제 2 개구부를 가지고 소정의 제 2 경사면을 가지는 제 2 기체 수용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제 2기체 수용부는,
   상기 제 1개구부 중 상기 배출부 측에 있는 면적을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제 2개구부는 상호 연통되지 않는 독립된 복수개로 형성되어, 각 상기 배출부와 연통되는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 배출부는,
   상기 믹싱 플레이트부가 결합된 상기 중공부로부터 연통되되, 배출방향으로 복수의 분기 덕트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 믹싱 플레이트부는,
   일단이 상기 배출부의 중공부 내부의 하면에 결합되고, 타단이 상기 배출부의 중공부 내부의 상면에 결합되는 한 쌍의 지지 파이프 및 상기 한 쌍의 지지파이프 각 양단이 결합되는 단위 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 단위 플레이트는,
   상기 중공부가 형성하는 하부 유로중 일부를 막는 하부 단위 플레이트와 상기 중공부가 형성하는 상부 유로 중 일부를 막는 상부 단위 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 하부 단위 플레이트는 상기 배출부의 길이방향과 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 상부 단위 플레이트는 상기 하부 단위 플레이트의 상방에 소정의 각도를 가지고 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 단위 플레이트는 3개로 구성되고, 상기 하부 단위 플레이트는 상기 상부 단위 플레이트와 각 짝을 이루어 각각이 교차하며 형성되도록 3개로 구성되고,
    상기 상부 단위 플레이트와 소정의 간격을 두고 하부 단위 플레이트가 하나 더 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 제 1기체 수용부와 상기 제 2기체 수용부로 수용되는 기체는 각각 온도가 다른 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 단위 플레이트는 외면에서 소정의 깊이로 홈이 형성된 복수의 딤플이 형성되어 상기 유입부와 상기 배출부 사이의 압력차이를 낮출 수 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 혼합 믹서.

Images