KR102316717B1 - 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유해물질이 함유된 배가스가 주입되는 배가스 주입관; 상기 배가스 주입관에 연통되게 연결되어 상기 배가스 주입관으로부터 유입된 배가스가 유동하면서 열교환이 이루어짐과 동시에 무해화되는 열교환 배관; 상기 열교환 배관에 연통되게 연결되어 상기 열교환 배관에서 무해화된 배가스가 배출되는 배가스 배출관; 내부에 상기 열교환 배관이 배치되고 냉각수가 흐르도록 냉각수 유동통로가 형성되는 중공의 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 형성된 냉각수 유동통로와 연통되게 상기 케이싱의 일측에 배치되어 상기 냉각수 유동통로에 냉각수를 주입하는 냉각수 주입관; 및 상기 케이싱의 내부에 형성된 냉각수 유동통로와 연통되게 상기 케이싱의 타측에 배치되어 상기 열교환 배관을 냉각시킨 냉각수를 상기 케이싱의 외부로 배출시키는 냉각수 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 제공한다.

Description

열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치{DETOXIFICATION TREATMENT APPARATUS OF NOXIOUS GAS USING HEAT EXCHANGE}

본 발명은 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 SAF (Submerged Arc Furnace) 고온환원용융 및 산화정제 공정을 통해 폐LED를 처리하는 과정에서 발생하는 유해 성분인 비소가 함유된 배가스를 처리하고 무해화하는 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치에 관한 것이다.

해외 재활용 선진국에서는 LED 폐자원의 전처리 기술 확보를 중요시 여겨 연구개발을 진행하는 반면, 우리나라는 금속 회수 측면에서만 접근하고 있는 실정이며, LED 폐자원 전처리에 대한 기술 확보를 기반으로 최종 금속회수를 용이하게 하는 전처리-금속회수 연계기술 개발이 요구되고 있다.

산업부의 지원 하에 수행된 기존 정부과제를 통해 LED 공정폐자원에서 Ga 및 In을 회수하는 기술이 개발되었으나, 사실 LED에 함유되어 있는 Ga 및 In의 양은 매우 소량이라 경제성을 확보하는 것이 쉽지 않다.

따라서, LED 폐자원으로부터 경제성 확보가 용이한 귀금속을 회수하는 기술개발이 필요한 실정이다.

한편, 현재 사용되고 있는 적색 및 IR LED에는 1급 발암물질인 비소가 함유되어 있어 이를 효율적으로 회수/무해화하는 기술이 개발되어야 LED 폐자원을 사용 물질에 상관없이 재활용하는 통합플랜트를 구축할 수 있다.

하지만, 현재까지 LED 폐자원으로부터 비소를 회수/무해화하는 기술은 시도된 사례가 거의 없는 것으로 파악된다.

국내 LED 폐자원 재활용 관련 전처리, 금속회수, 유해물질 무해화 처리 기술 수준은 선진국 대비 낮아 격차를 줄이기 위한 다방면의 노력이 필요하다.

해외의 경우, 향후 다량 발생할 LED 폐자원의 재활용을 대비하여 수년 전부터 효율적인 재활용 기술 개발을 위해 다양한 프로젝트를 진행하고 있으며 특히, EU를 중심으로 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

독일에서는 Fraunhofer Institute for Reliability와 Microintegration IZM이 컨소시엄을 구성해‘CycLED project’를 수행중이며, LED 폐자원으로부터 주요 금속을 경제적으로 회수하는 기술을 개발하고 있다.

노르웨이에서는 증가하는 LED 판매량과 그에 따른 폐기물 처리에 대한 대책으로 산·학·연 컨소시엄이 중심이 되어 재활용 방법에 대해 고민하고 있으며, 대표적인 재활용 회사인 Nordic recycling AB 社에서는 현재 LED 폐자원 재활용 기술이 없기 때문에 기존 폐자원과 함께 처리하고 있다.

한편, EU에서도 아직까지는 LED 폐자원에 대한 명확한 수거 체계가 확립되지 않아 재활용 상용 공정 구축에는 어려움을 겪고 있다.

일반적으로 LED의 active layer는 blue 파장의 GaN를 가장 널리 사용하지만 긴 파장을 요구하는 적색 및 IR LED에는 비소가 함유된 광활성 물질을 사용하고 있

으며 특히, 최근에 미용을 위한 적색 LED mask 시장이 커지면서 비소가 함유된 LED가 시장에 다량 출현하고 있는 실정이다.

장파장 LED에 함유된 비소는 1급 발암물질로 취급될 만큼 독성이 강해서 재활용 공정 시 배출되는 용출량 및 대기배출량을 제어해야 한다.

현재는 일반폐기물과 함께 소각되거나 매립되고 있지만 향후 폐기물의 다량 발생이 예상되는 상황에서 LED 폐자원 통합 재활용 라인을 구축하기 위해서는 비소(증기 및 슬래그 내 함유)를 무해화하는 공정 개발이 반드시 필요하다.

유독성 물질인 비소 처리기술 관련하여 일본에서는 GaAs 반도체를 산용해 후 세륨계 비소 선택흡착제를 이용하여 갈륨과 비소를 분리하고 비소를 Arsenobetaine

(AsB)로 변환시켜 무해화하는 연구를 진행하고 있다.

중국에서는 GaAs scrap을 분쇄한 후 황을 첨가하여 약 180 ℃의 질소분위기 관상로에서 40분간 열처리하면 황화비소/갈륨의 혼합물이 되는데 이를 다시 800 ℃에서 열처리하여 황화비소를 제거하고 있다.

또한, pyrolysisvacuum metallurgy separation법을 이용해 고온(1000 ℃)/고압(20 Pa)에서 열분해하여 비소를 회수하는 연구를 수행하였다.

하지만 이러한 공법은 연구단계에 머물러 있으며 현재까지 상용화된 기술은 없는 것으로 파악된다.

대량 발생이 예상되는 LED 폐자원 재활용에 대한 투자나 상용 기술개발 실적이 미흡한 상황에서 환경적인 이슈를 해결하면서 경제성을 확보하기 위해서는 고가의 Au, Ag와 같은 귀금속 및 함유량이 높은 Cu를 회수해야 하며, 비소 등의 유해물질을 무해화할 수 있는 기술도 동시에 개발되어야 한다.

유해물질의 장파장의 적색 및 IR LED 폐자원 내 함유되어 있는 비소가 대표적이며, 이러한 비소는 재활용 공정 중 증기 및 슬래그 형태로 발생할 수 있다.

따라서, LED 폐자원의 통합 재활용 플랜트 구축을 위해서는 비소를 효율적으로 무해화하여 국내 용출(≤ 1.5 mg/L) 및 대기배출기준(≤ 2.0 ppm) 이하로 제어하는 기술이 반드시 필요하다.

비소를 회수/무해화하는 기술로는 흡착 방법이 가장 대표적이나, 확실한 처리를 위해서는 응축, 흡착, 용해, 침전 등의 건/습식 융합 공정 설계가 필요할 것으로 보인다.

J. of Korean Inst. of Resources Recycling Vol. 28, No. 2, 2019, 14-22.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, SAF (Submerged Arc Furnace) 고온환원용융 및 산화정제 공정을 통해 폐LED를 처리하는 과정에서 발생하는 유해 성분인 비소가 함유된 배가스를 처리하고 무해화하는 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 유해물질이 함유된 배가스가 주입되는 배가스 주입관; 상기 배가스 주입관에 연통되게 연결되어 상기 배가스 주입관으로부터 유입된 배가스가 유동하면서 열교환이 이루어짐과 동시에 무해화되는 열교환 배관; 상기 열교환 배관에 연통되게 연결되어 상기 열교환 배관에서 무해화된 배가스가 배출되는 배가스 배출관; 내부에 상기 열교환 배관이 배치되고 냉각수가 흐르도록 냉각수 유동통로가 형성되는 중공의 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 형성된 냉각수 유동통로와 연통되게 상기 케이싱의 일측에 배치되어 상기 냉각수 유동통로에 냉각수를 주입하는 냉각수 주입관; 및 상기 케이싱의 내부에 형성된 냉각수 유동통로와 연통되게 상기 케이싱의 타측에 배치되어 상기 열교환 배관을 냉각시킨 냉각수를 상기 케이싱의 외부로 배출시키는 냉각수 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 제공한다.

이때, 상기 열교환 배관은 복수개로 형성된 것이 바람직하다.

이러한 열교환 배관은 상기 배가스 주입관으로부터 분기되는 복수의 분기관과,상기 복수의 분기관을 합지하여 상기 배가스 배출관에 연결하는 복수의 합지관을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 열교환 배관은, 상기 배가스 주입관으로부터 2개로 각각 분기된 제1분기관 및 제2분기관; 상기 배가스 주입관에 연결된 상기 제1분기관의 일단과 반대쪽에 위치한 타단으로부터 2개로 각각 분기된 제1-1분기관 및 제1-2분기관; 상기 배가스 주입관에 연결된 상기 제2분기관의 일단과 반대쪽에 위치한 타단으로부터 2개로 각각 분기된 제2-1분기관 및 제2-2분기관; 상기 제1분기관의 타단에 연결된 상기 제1-1분기관 및 제1-2분기관의 일단들과 반대쪽에 각각 위치한 타단들에 일단이 연결되고 타단은 상기 배가스 배출관에 연결되는 제1합지관; 및

상기 제2분기관의 타단에 연결된 상기 제2-1분기관 및 제2-2분기관의 일단들과 반대쪽에 각각 위치한 타단들에 일단이 연결되고 타단은 상기 배가스 배출관에 연결되는 제2합지관;을 포함할 수 있다.

이와 같은 제1분기관, 제2분기관, 제1합지관 및 제2합지관은 상기 배가스 주입관 및 배가스 배출관과 평행하게 가로로 배치되고, 상기 제1-1분기관, 제1-2분기관, 제2-1분기관 및 제2-2분기관은 다수로 절곡 형성되어 세로로 배치될 수 있다.

한편, 상기 열교환 배관의 내부에는 열교환 효율을 향상시키기 위해 길이방향을 따라 일자형 핀 또는 십자형 핀이 형성될 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 열교환 배관이 배가스 주입관으로부터 분기되는 복수의 분기관과 복수의 분기관을 합지하여배가스 배출관에 연결하는 복수의 합지관을 포함하도록 하고, 이러한 열교환 배관을 냉각수로 냉각하도록 간단하게 구성됨으로써, SAF (Submerged Arc Furnace) 고온환원용융 및 산화정제 공정을 통해 폐LED를 처리하는 과정에서 발생하는 유해 성분인 비소가 함유된 배가스를 용이하게 처리하고 무해화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열교환 배관의 내부에 길이방향을 따라 일자형 핀 또는 십자형 핀을 형성함으로써, 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 폐LED 자원을 처리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 냉각블럭 일부를 제거한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에서 냉각블럭 전체를 제거한 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 A 방향에서 바라본 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 위에서 내려다본 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치에 채용된 관에 일자형 핀이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 방향에서 도 7을 위에서 내려다본 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

도 1은 폐LED 자원을 처리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

국내 LED 시장은 2017년 기준 약 7조원 규모를 형성하고 있고 연평균 18.7%의 성장률을 나타내고 있다.

LED의 사용량이 급격히 증가함에 따라 제품 생산 중 발생하는 공정폐자원의 발생량도 증가하고 있으며, 향후 파손 및 수명을 다한 LED 폐조명의 발생량도 상당히 많아질 것으로 전망되고 있다.

이러한 LED 폐자원에는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 유가금속이 함유되어 있음에도 불구하고 재활용에 대한 투자나 기술개발이 매우 미흡한 상황이다.

또한, 장파장 LED에 사용되는 1급 발암물질인 비소의 경우 무해화 하지 않고 단순 매립하고 있어 유해성에 대한 검증이나 체계적인 관리를 위한 기술적/제도적인 인프라가 미비한 실정이다.

도 1은 폐LED 자원을 처리하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

일반적으로 폐LED 자원을 처리하는 과정은, 도 1에 도시된 바와 같이 폐LED 원료를 고온환원용융하고, 이러한 고온환원용융 공정 중 발생하는 비소함유 유해가스를 열교환장치에서 무해화하며, 열교환장치에서 무해화된 배가스 중 매연(fume)과 미세먼지(dust)를 백필터(bag filter)에서 포집 및 제거하고, 전술한 공정 중 발생하는 배가스를 스크러버(scrubber)를 이용하여 규정농도 이하로 중화시켜 대기로 배출하는 과정을 거친다.

여기서, 폐LED 원료는 LED 제조 중에 발생하는 공정 폐자원과 사용후의 LED를 의미한다.

또한, 고온환원용융은 폐자원으로부터 목적 금속을 농축하기 위해 적용된 SAF(submerged arc furnace) 공정을 의미한다.

아울러, 백필터는 여과 집진 장치의 일종으로 글라스 섬유나 솜, 양모, 합성 섬유, 석면 등 짬이 미세한 자루 모양의 여재에 의해 분진 기류를 거르는 거르개를 말한다.

이러한 백필터의 자루 내면에 부착한 진애는 차츰 퇴적하여 압력 손실을 증가시키기 때문에 일정한 부하가 되면 떨어버리기를 한다.

떨어버리는 데는 역기류나 진동, 분류 등의 방법을 사용하고, 일반적으로 압력 손실을 150㎜Aq 이하로 억제하도록 운전한다.

떨어뜨리는 방식은 간헐식과 연속식으로 나누어진다.

전자는 구분된 몇 개의 방 중 하나를 순서대로 차단하여 떨어버리고, 후자는 처리 가스의 차단을 하지 않고, 일부의 거름천 떨어버리기를 차례로 연속해서 하는 방식이다.

고온의 배가스를 처리하는데 사용하는 백필터는, 합성섬유나 유리섬유로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 스크러버는 가스 속의 부유 고·액 미립자를 액을 이용하여 포집하는 장치를 말하며, 집진기라고도 한다.

이러한 스크러버는 스프레이탑·사이클론 스크러버·벤트리 스크러버·타이젠 와셔 등의 각종 형식이 있다.

스크러버에 사용되는 액으로는 일반적으로 물을 사용한다.

집진기로는 비교적 높은 포집 효율을 기대할수 있기 때문에 배수처리에 문제가 없다면(방사성 오프가스 처리법) 유효한 방법이다.

또한, 불용가스 성분을 액으로 흡수제거하는 흡수장치도 스크러버라고 한다.

도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치를 나타낸 도면들이다.

본 발명에 따른 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치는, 배가스 주입관(10), 열교환 배관(20), 배가스 배출관(30), 케이싱(40), 냉각수 주입관(50) 및 냉각수 배출관(60)을 포함하여 구성된다.

배가스 주입관(10)은 LED 제조 중에 발생하는 공정 폐자원과 사용후의 LED로부터 목적 금속을 농축하기 위해 적용된 SAF(submerged arc furnace) 공정을 통해 발생된 비소와 같은 유해물질이 함유된 배가스를 후술할 열교환 배관(20)으로 주입하기 위한 것이다.

이러한 배가스 주입관(10)은 일단부가 후술할 케이싱(40)을 관통하여 케이싱(40)의 내부에 배치된 열교환 배관(20)과 연결되게 된다.

열교환 배관(20)은 배가스 주입관(10)에 연통되게 연결되어 배가스 주입관(10)으로부터 유입된 배가스가 유동하면서 열교환이 이루어짐과 동시에 무해화되는 배관으로서, 알루미늄, 타이타늄, 스테인리스스틸 등과 같은 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어진다.

이와 같은 열교환 배관(20)은 복수개로 형성된 것이 바람직하다.

즉, 열교환 배관(20)은 배가스 주입관(10)으로부터 분기되는 복수의 분기관과, 복수의 분기관을 합지하여 후술할 배가스 배출관(30)에 연결하는 복수의 합지관을 포함할 수 있다.

구체적으로, 열교환 배관(20)은, 배가스 주입관(10)으로부터 2개로 각각 분기된 제1분기관(21) 및 제2분기관(22), 배가스 주입관(10)에 연결된 제1분기관(21)의 일단과 반대쪽에 위치한 타단으로부터 2개로 각각 분기된 제1-1분기관(23) 및 제1-2분기관(24), 배가스 주입관(10)에 연결된 제2분기관(22)의 일단과 반대쪽에 위치한 타단으로부터 2개로 각각 분기된 제2-1분기관(25) 및 제2-2분기관(26), 제1분기관(21)의 타단에 연결된 제1-1분기관(23) 및 제1-2분기관(24)의 일단들과 반대쪽에 각각 위치한 타단들에 일단이 연결되고 타단은 배가스 배출관(30)에 연결되는 제1합지관(27), 및 제2분기관(22)의 타단에 연결된 제2-1분기관(25) 및 제2-2분기관(26)의 일단들과 반대쪽에 각각 위치한 타단들에 일단이 연결되고 타단은 배가스 배출관(30)에 연결되는 제2합지관(28)을 포함할 수 있다.

이러한 제1분기관(21), 제2분기관(22), 제1합지관(27) 및 제2합지관(28)은 배가스 주입관(10) 및 배가스 배출관(30)과 평행하게 가로로 배치되고, 제1-1분기관(23), 제1-2분기관(24), 제2-1분기관(25) 및 제2-2분기관(26)은 다수로 절곡 형성되어 세로로 배치될 수 있다.

이때, 제1분기관(21), 제2분기관(22), 제1합지관(27), 제2합지관(28), 제1-1분기관(23), 제1-2분기관(24), 제2-1분기관(25) 및 제2-2분기관(26)은 후술할 케이싱(40)의 내부에 배치되어 냉각수에 의해 열교환이 이루어지게 된다.

배가스 배출관(30)은 제1합지관(27) 및 제2합지관(28)에 각각 연통되게 연결되어 열교환 배관(20), 즉 제1분기관(21), 제2분기관(22), 제1합지관(27), 제2합지관(28), 제1-1분기관(23), 제1-2분기관(24), 제2-1분기관(25) 및 제2-2분기관(26)에서 무해화된 배가스가 배출되도록 이루어진다.

케이싱(40)은 중공으로 형성되어 내부에 열교환 배관(20)이 배치되고 냉각수가 흐르도록 냉각수 유동통로(42)가 형성된다.

냉각수 주입관(50)은 케이싱(40)의 내부에 형성된 냉각수 유동통로(42)와 연통되게 케이싱(40)의 일측에 배치되어 외부로부터 냉각수 유동통로(42)에 냉각수를 주입하도록 이루어진다.

냉각수 배출관(60)은 케이싱(40)의 내부에 형성된 냉각수 유동통로(42)와 연통되게 케이싱(40)의 타측(바람직하게는, 냉각수 주입관(50)이 배치된 측과 반대측)에 배치되어 냉각수 유동통로(42)를 따라 유동하면서 열교환 배관(20)을 냉각시킨 냉각수가 케이싱(40)의 외부로 배출되도록 이루어진다.

도 7은 본 발명에 따른 열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치에 채용된 관에 일자형 핀이 형성된 상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 다른 방향에서 도 7을 위에서 내려다본 상태를 나타낸 도면이다.

열교환 배관(20)의 내부에는 열교환 효율을 향상시키기 위해 길이방향을 따라 핀(F)이 형성될 수 있는데, 이러한 핀은 일자형 핀 또는 십자형 핀일 수 있다.

아래 표 1 및 표 2는 열교환 배관(20)의 내부에 핀(F)이 형성된 경우와 형성되지 않은 경우의 열교환 효율을 비교한 것이다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1 및 표 2에서 알 수 있듯이, 열교환 배관(20)의 형태를 제1분기관(21), 제2분기관(22), 제1합지관(27), 제2합지관(28), 제1-1분기관(23), 제1-2분기관(24), 제2-1분기관(25) 및 제2-2분기관(26)으로 형성하고, 열교환 배관(20)의 내부에 일자형 또는 십자형의 핀을 형성한 mode Ⅲ의 경우가 열효율이 가장 좋은 것으로 나타났다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

10 : 배가스 주입관
20 : 열교환 배관
21 : 제1분기관
22 : 제2분기관
23 : 제1-1분기관
24 : 제1-2분기관
25 : 제2-1분기관
26 : 제2-2분기관
27 : 제1합지관
28 : 제2합지관
F : 일자형 핀(FIN)
30 : 배가스 배출관
40 : 케이싱
42 : 냉각수 유동통로
50 : 냉각수 주입관
60 : 냉각수 배출관

Claims (6)

1. 유해물질이 함유된 배가스가 주입되는 배가스 주입관;
   상기 배가스 주입관에 연통되게 연결되어 상기 배가스 주입관으로부터 유입된 배가스가 유동하면서 열교환이 이루어짐과 동시에 무해화되는 복수의 열교환 배관;
   상기 열교환 배관에 연통되게 연결되어 상기 열교환 배관에서 무해화된 배가스가 배출되는 배가스 배출관;
   내부에 상기 열교환 배관이 배치되고 냉각수가 흐르도록 냉각수 유동통로가 형성되는 중공의 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 형성된 냉각수 유동통로와 연통되게 상기 케이싱의 일측에 배치되어 상기 냉각수 유동통로에 냉각수를 주입하는 냉각수 주입관; 및
   상기 케이싱의 내부에 형성된 냉각수 유동통로와 연통되게 상기 케이싱의 타측에 배치되어 상기 열교환 배관을 냉각시킨 냉각수를 상기 케이싱의 외부로 배출시키는 냉각수 배출관;을 포함하고,
   상기 열교환 배관은 상기 배가스 주입관으로부터 분기되는 복수의 분기관과,상기 복수의 분기관을 합지하여 상기 배가스 배출관에 연결하는 복수의 합지관을 포함하며,
   상기 열교환 배관의 내부에는 열교환 효율을 향상시키기 위해 길이방향을 따라 일자형 핀 또는 십자형 핀이 형성된 것을 특징으로 하는,
   열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 열교환 배관은,
   상기 배가스 주입관으로부터 2개로 각각 분기된 제1분기관 및 제2분기관;
   상기 배가스 주입관에 연결된 상기 제1분기관의 일단과 반대쪽에 위치한 타단으로부터 2개로 각각 분기된 제1-1분기관 및 제1-2분기관;
   상기 배가스 주입관에 연결된 상기 제2분기관의 일단과 반대쪽에 위치한 타단으로부터 2개로 각각 분기된 제2-1분기관 및 제2-2분기관;
   상기 제1분기관의 타단에 연결된 상기 제1-1분기관 및 제1-2분기관의 일단들과 반대쪽에 각각 위치한 타단들에 일단이 연결되고 타단은 상기 배가스 배출관에 연결되는 제1합지관; 및
   상기 제2분기관의 타단에 연결된 상기 제2-1분기관 및 제2-2분기관의 일단들과 반대쪽에 각각 위치한 타단들에 일단이 연결되고 타단은 상기 배가스 배출관에 연결되는 제2합지관;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1분기관, 제2분기관, 제1합지관 및 제2합지관은 상기 배가스 주입관 및 배가스 배출관과 평행하게 가로로 배치되고,
   상기 제1-1분기관, 제1-2분기관, 제2-1분기관 및 제2-2분기관은 다수로 절곡 형성되어 세로로 배치되는 것을 특징으로 하는,
   열교환을 이용한 유해 가스 무해화 처리 장치.
   
6. 삭제

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