리크 저감용 패킹을 사용한 축열식 소각로 포핏 밸브 및 그것을 사용한 축열식 소각로

리크 저감용 패킹을 사용한 축열식 소각로 포핏 밸브 및 그것을 사용한 축열식 소각로 {Poppet Valve for Regenerative Thermal Oxidizer Using Packing for Reducing Leak And Regenerative Thermal Oxidizer Using Same}

본 실시예는 리크 저감용 패킹을 사용한 축열식 소각로 포핏 밸브 및 그것을 사용한 축열식 소각로에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

휘발성 유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)은 유기화합물질 가운데 0.02psi 이상의 증기압을 갖거나 끓는점이 100℃ 미만의 탄화수소 화합물을 통칭하며, 대기물질 관리에서는 질소화합물과 광화학 반응에 의해 오존 및 광화학 산화물을 형성하는 전구물질(Precusor)로 정의되고 있다.

이러한 휘발성 유기화합물(이하 유기가스)은 유해 대기물질, 악취의 원인물질로 호흡기관의 장애, 발암물질 유발등 인체에 대한 유해성을 갖는 것 이외에도 광화학반응을 통한 스모그의 형성, 악취발생등의 원인물질로 대기 환경오염을 일으키는 문제점이 있다.

이러한 유기가스를 제거하고자 소각처리, 흡착, 세정, 바이오 트리트먼트(Bio-treatment) 등의 방법이 사용되며, 소각처리 방법으로는 열소각로(TO, Thermal Oxidizer), 촉매 소각로(CTO, Catalytic Thermal Oxidizer), 축열식 촉매 소각로(RCO, Regenerative Catalytic Oxidizer), 축열식 소각로(RTO, Regenerative Thermal Oxidizer) 등의 방법이 사용된다.

이 중 축열식 소각로(RTO, Regenerative Thermal Oxidizer) 처리기술의 경우 초기 설치 비용이 높다는 단점이 있으나, 처리효율이 높으며, 세라믹 출열체를 사용하여 열 회수율이 높고, 2차 공해요인이 적다는 장점이 있어 통상적으로 사용되고 있다.

즉, 축열식 소각로는 공장에서 발생하는 유기가스를 흡입하여 연소실에서 760℃ ~ 850℃의 높은 수준의 연소 온도에서 이를 연소(소각)시켜 정화하게 된다.

이때 연소(소각) 처리되는 가스는 높은 온도의 열을 가지고 있으므로 이 폐열을 첨단소재인 세라믹 재료를 충진한 축열체를 이용하여 회수하는 방식인데, 축열체를 이용하여 회수되는 열은 연소 가스가 통과된 축열체층을 후속하여 처리되는 휘발성 유기 화합물 가스가 통과되는 장치를 사용하여 이를 예열하는데 사용함으로써 에너지 효율과 처리 효율을 높일 수 있게 된다.

이러한 축열식 소각로의 경우에는 불필요한 에너지의 낭비를 방지하고 유해가스의 완전연소가 이루어짐으로써 연소장치의 효율을 향상시키도록 축열층의 대략 절반은 연소 처리 후의 폐가스로부터 고온의 열을 흡수하고, 나머지 대략 절반의 축열층은 연소 처리 전의 유해가스를 예열하는 방열 기능을 수행하도록 한다.

각각의 축열층이 주기적으로 그 역할을 교대하며 반복적으로 수행할 수 있도록 축열층과 방열층이 주기적으로 교체되려면 처리될 가스의 풍향을 변환시켜 주는 장치가 필요한데 이러한 장치 유형은 베드형과 원통형으로 구분된다.

여기에서, 베드(Bed)형은 한 베드에 흡기 밸브와 배기 밸브가 각각 부착되어 있고, 베드의 개수에 따라 2-베드형 축열식 소각로와 3-베드형 축열식 소각로로 나뉘며, 3-베드형 축열식 소각로의 경우는 퍼지(purge) 밸브를 더 포함 할 수 있다. 베드형 축열식 소각로의 경우 베드에 공기 유입 및 배출을 위해 흡기 밸브, 배기 밸브 및 퍼지 밸브 등에 포핏(Poppet)밸브를 주로 사용한다.

축열식 소각로의 경우 처리효율을 높이기 위해 종래의 공개된 한국 출원 2001-0029953 "축열식 폐기물 소각 시스템", 2004-0078963 "입출구 베드수가 상이한 축열식 소각로"의 경우는 베드의 개수, 베드의 내부구조 및 베드와 밸브의 연결관계에 대한 개선을 통해 축열식 소각로의 처리효율을 높이려고 하였다.

다만, 베드형 축열식 소각로에 사용되는 포핏 밸브의 개폐부 사이에서 누설되는 유기가스가 베드형 축열식 소각로의 처리효율의 상승을 방해하는 요인으로 작용하므로 이러한 문제를 해결하기 위한 방안이 필요하게 되었다.

본 실시예는 베드형 축열식 소각로 포핏 밸브에서 개폐부 사이에 가스 누설을 최소화 할 수 있는 실링(sealing)용 패킹을 추가하여 베드와 포핏 밸브 사이에서 누설되는 가스를 최소화 하여 휘발성 유기화합물 처리효율을 극대화 하는 축열식 소각로 포핏 밸브를 제공하는데 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 베드형 축열식 소각로의 흡기 또는 배기 밸브로 사용되는 포핏 밸브에 있어서, 디스크의 왕복운동을 공기압으로 전달하는 에어실린더; 상기 에어실린더 상부에 위치하여 유기가스를 베드로 이송하거나 연소된 가스를 배출을 하기 위한 밸브본체; 상기 에어실린더와 연결되며, 상기 밸브본체 중심축에 위치하여 디스크의 왕복운동을 전달하는 샤프트; 상기 밸브본체 상단에 면접하여 고정되고, 디스크의 하향운동을 정지시키며, 실링패킹을 지지하는 스토퍼; 상기 샤프트 상부에 고정되어 왕복운동을 하며, 오픈상태 일 경우 상기 밸브본체와 상기 베드 사이 가스의 유출입을 가능하게 하고, 클로즈상태 일 경우 상기 밸브본체와 상기 베드 사이의 가스 유출입을 저지하는 디스크; 상기 스토퍼 상단면에 면접하여 고정되고 상기 디스크의 클로즈 상태에서 상기 디스크 하부와 접촉되는 실링패킹을 포함하는 것을 특징으로 하는 리크 저감용 패킹을 사용한 축열식 소각로 포핏 밸브를 제공한다.

또한, 베드형 축열식 소각로의 흡기 또는 배기 밸브로 사용되는 포핏 밸브에 있어서, 디스크의 왕복운동을 공기압으로 전달하는 에어실린더; 상기 에어실린더 상부에 위치하여 유기가스를 베드로 이송하거나 연소된 가스를 배출을 하기 위한 밸브본체; 상기 에어실린더와 연결되며, 상기 밸브본체 중심축에 위치하여 디스크의 왕복운동을 전달하는 샤프트; 상기 밸브본체 상단에 면접하여 고정되고, 디스크의 하향운동을 정지시키는 스토퍼; 상기 샤프트 상부에 고정되어 왕복운동을 하며, 오픈상태 일 경우 상기 밸브본체와 상기 베드 사이 가스의 유출입을 가능하게 하고, 클로즈상태 일 경우 상기 밸브본체와 상기 베드 사이의 가스 유출입을 저지하는 디스크; 상기 디스크 하단면에 면접하여 고정되고 상기 디스크의 클로즈 상태에서 상기 스토퍼 상부와 접촉되는 실링패킹을 포함하는 것을 특징으로 하는 리크 저감용 패킹을 사용한 축열식 소각로 포핏 밸브를 제공한다.

또한, 디스크의 왕복운동을 공기압으로 전달하는 에어실린더; 상기 에어실린더 상부에 위치하여 유기가스를 베드로 이송하거나 연소된 가스를 배출을 하기 위한 밸브본체; 상기 에어실린더와 연결되며, 상기 밸브본체 중심축에 위치하여 디스크의 왕복운동을 전달하는 샤프트; 상기 밸브본체 상단에 면접하여 고정되고, 디스크의 하향운동을 정지시키며, 실링패킹을 지지하는 스토퍼; 상기 샤프트 상부에 고정되어 왕복운동을 하며, 오픈상태 일 경우 상기 밸브본체와 상기 베드 사이 가스의 유출입을 가능하게 하고, 클로즈상태 일 경우 상기 밸브본체와 상기 베드 사이의 가스 유출입을 저지하는 디스크; 상기 스토퍼 상단면에 면접하여 고정되고 상기 디스크의 클로즈 상태에서 상기 디스크 하부와 접촉되는 실링패킹을 포함하는 리크 저감용 패킹을 사용한 포핏 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 소각로를 제공한다.

본 실시예에 의하면 베드형 축열식 소각로 포핏 밸브에서 개폐부 사이에 가스 누설을 최소화 할 수 있는 실링(sealing)용 패킹을 추가하여 베드와 포핏 밸브 사이에서 누설되는 가스를 최소화 하여 휘발성 유기화합물 처리효율을 극대화 하고, 또한 패킹이 포핏 밸브의 개폐부 사이에서 충격을 완화하는 댐퍼(damper)로서의 역할을 하는 효과가 있다.

도 1은 축열식 소각로 시스템 전체 측면도이다.
도 2(a)는 2-베드형 축열식 소각로의 흐름도 중 첫 번째 단계를 도시한 도면이다.
도 2(b)는 2-베드형 축열식 소각로의 흐름도 중 두 번째 단계를 도시한 도면이다.
도 3(a)은 3-베드형 축열식 소각로의 흐름도 중 첫 번째 단계를 도시한 도면이다.
도 3(b)은 3-베드형 축열식 소각로의 흐름도 중 두 번째 단계를 도시한 도면이다.
도 3(c)은 3-베드형 축열식 소각로의 흐름도 중 세 번째 단계를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 상태의 축열식 소각로 포핏 밸브의 상세도면이다.
도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 클로즈 상태의 축열식 소각로 포핏 밸브의 상세도면이다.
도 5(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오픈 상태의 축열식 소각로 포핏 밸브의 상세도면이다.
도 5(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클로즈 상태의 축열식 소각로 포핏 밸브의 상세도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 축열식 소각로 포핏 밸브에 사용되는 실링패킹의 평면도이다.
도 7은 도 6의 실링패킹을 A면으로 자른 내부 단면도이다.

이하 본 발명의 일부 실시예를 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 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제1, 제2, ⅰ), ⅱ), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비' 한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 실시예에 따르는 리크 저감용 패킹을 사용한 축열식 소각로 포핏 밸브 및 그것을 사용한 축열식 소각로에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 축열식 소각로 시스템의 전체 측면도이다.

도 1에 따라 축열식 소각로의 구성을 간단히 살펴보면, 생산설비 공장 및 생산설비 등에서 생긴 휘발성 유기화합물이 들어오는 유입구(110), 유입구로부터 들어온 유기가스를 베드로 보내거나 연소되어 베드를 통해 빠져나가는 가스를 배기구로 보내는 밸브(130), 세라믹층으로 이루어져 연소 전 가스를 예열하거나 연소 후 가스로부터 세라믹층을 축열하는 베드(140), 베드를 통해 들어온 유기가스를 산화시키는 소각로(150), 연소된 가스를 외부로 배출시키는 배기구(120)를 포함한다.

축열식 소각의 기본 원리는 배기가스의 폐열을 최대한 회수하여 이를 흡기 가스 예열에 이용하는 것이며 이 폐열회수를 극대화 하기 위하여 열교환기를 사용하지 않고 표면적이 넓은 세라믹(Ceramic)을 열매체로 이용하는 것이다.

일반 열교환기와 비교할 때 열 교환 매체로서 세라믹은 사용온도가 최고 1300℃로 매우 높고, 입구 및 출구의 온도차를 40℃까지 낮출 수 있으며, 열회수효율이 95%에 이른다는 장점이 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2-베드형 축열식 소각로의 흐름을 도시한 도면이다.

도 2(a)에 도시된 바와 같이 A베드(230)의 흡기밸브(210)와 B베드(240)의배기밸브(220)가 열리면, 운전 초기에 소각로 내의 A베드(230)의 상층부의 온도가 소각로(150) 운전온도가 되게 가열한 후, 처리 전 가스를 A->B 방향으로 투입한다.

가스 온도는 A베드(230)를 통과 하면서 그 온도가 소각로(150) 온도까지 예열 되며 가스에 포함된 유기가스는 산화되기 시작하여 적정한 체류시간을 갖는 상부 소각로(150)를 통과하면서 모든 유기물이 산화처리 된다.

처리된 고온의 가스는 B베드(240)를 통과하면서 가스의 열량이 B베드(240)에 거의 모두 전달되어 가스가 냉각된 상태로 배기밸브(220)를 통해 배기구(120)로 배출되며 B베드(240)는 고온의 가스로부터 열을 전달받아 축열을 하게 되고, 이 축열량은 다음 운전 사이클(Cycle)에서 흡입가스의 예열에 이용된다.

이때의 출구와 입구와의 온도차는 40℃까지 낮게 관리할 수 있으며, 일정시간이 경과하여 A베드(230)가 흡입가스 예열로 냉각되고, B베드(240)가 배기가스에 의해 가열되면 가스 유입유로를 B->A로 변경 시킨다.

도 2(b)에 도시된 바와 같이 B베드(240)의 흡기밸브(210)와 A베드(230)의 배기밸브(220)가 열리면, 가스를 B->A 방향으로 투입한다. 유기가스는 이미 축열 된 B베드를 통과 하면서 그 온도가 소각로(150) 온도까지 예열 되며 가스에 포함된 유기가스는 산화되기 시작하여 적정한 체류시간을 갖는 상부 소각로(150)를 통과하면서 모든 유기물이 산화처리 된다.

처리된 고온의 가스는 A베드(230)를 통과하면서 가스의 열량이 A베드(230)에 거의 모두 전달되어 가스가 냉각된 상태로 배기밸브(220)를 통해 배기구(120)로 배출되며 A베드(230)는 고온의 가스로부터 열을 전달받아 축열을 하게 되고, 이 축열량은 다음 운전 사이클(Cycle)에서 흡입가스의 예열에 이용된다.

일정시간이 경과하여 B베드(240)가 흡입가스 예열로 냉각되고, A베드(230)가 배기가스에 의해 가열되면 가스 유입유로를 A->B로 변경 시킨다. 2-베드형 축열식 소각로는 위와 같은 사이클을 반복하여 휘발성 유기화합물을 효율적으로 처리한다.

2-베드형 축열식 소각로는 설치비 및 운영비가 낮아 경제적인 시스템이지만, 스위칭(Switching)시 마다 베드층에 존재하는 미처리된 유기가스가 일시에 외부로 배출되므로 전체 유기물 제거효율이 상대적으로 낮은 경향이 있다(95%내외임). 따라서, 배출가스가 일시에 배출되고, 배출가스의 농도가 높은 경우에는 평균 배출농도가 높아지므로 상대적으로 처리효율이 높은 3-베드형 축열식 소각로의 사용을 고려 할 수 있다.

도 3는 본 발명 실시예에 따른 3-베드형 축열식 소각로의 흐름을 도시한 도면으로 도 1의 축열식 소각로와 동일한 장치를 전제로 한다.

3- 베드형 축열식 소각로의 진행과정은 일정시간 간격(1분~3분)으로 유입 및 배출 유로가 변경되는 스위칭 운전에 의해 쿨링(Cooling)단계 -> 퍼징(Purging)단계 -> 히팅(Heating)단계의 사이클(Cycle)이 반복된다.

쿨링단계는 유기가스가 베드로 유입되어 유기가스가 예열되고 베드가 냉각되는 단계이며, 퍼징단계는 쿨링단계 이후 베드에 존재하는 미처리된 유기가스를 프레쉬 에어(Fresh Air)에 의해 소각로로 올리는 단계이다. 히팅단계는 소각로를 거친 고온의 가스를 베드로 배출하여 가스를 냉각시키고, 베드를 축열하는 단계이다.

도 3(a)는 가스 유입유로가 A->B인 경우로 도 3(a)에 도시된 바와 같이 A베드(320)의 흡기밸브(210)와 B베드(330)의 배기밸브(220)가 열리면, 유기가스는 A베드(320)의 흡기밸브(210)로 유입되어 소각로(150)를 거쳐 B베드(330)의 배기밸브(220)로 배출된다.

이 때 C베드(340)는 퍼지밸브(310)가 열려 프레쉬 에어로 C베드(340)를 퍼지(Purge)하고, 일정시간이 경과하여 B베드(330)가 배기가스에 의해 가열되면 가스 유입유로를 B->C로 변경 시킨다.

도 3(b)는 가스 유입유로가 B->C인 경우로 도 3(b)에 도시된 바와 같이 B베드(330)의 흡기밸브(210)와 C베드(340)의 배기밸브(220)가 열리면, 유기가스는 B베드(330)의 흡기밸브(210)로 유입되어 소각로(150)를 거쳐 C베드(340)의 배기밸브(220)로 배출된다.

이 때 A베드(320)는 퍼지밸브(310)가 열려 프레쉬 에어로 A베드(320)를 퍼지하고, 일정시간이 경과하여 C베드(340)가 배기가스에 의해 가열되면 가스 유입유로를 C->A로 변경 시킨다.

도 3(c)는 가스 유입유로가 C->A인 경우로 도 3(c)에 도시된 바와 같이 C베드(340)의 흡기밸브(210)와 A베드(320)의 배기밸브(220)가 열리면, 유기가스는 C베드(340)의 흡기밸브(210)로 유입되어 소각로(150)를 거쳐 A베드(320)의 배기밸브(220)로 배출된다.

이 때 B베드(330)는 퍼지밸브(310)가 열려 프레쉬 에어로 B베드(330)를 퍼지하고, 일정시간이 경과하여 A베드(320)가 배기가스에 의해 가열되면 가스 유입유로를 A->B로 변경 시킨다.

각 사이클이 반복되어 진행되므로 각각의 베드는 쿨링단계, 퍼징단계 및 히팅단계를 반복하여 운전하며 쿨링단계에서 가스 스위칭시 역류 될 수 있는 미연소가스를 프레쉬 에어를 사용하여 배드 상부로 퍼지하여 연소가스의 대기유출을 방지하므로 3- 베드형 축열식 소각로의 유기가스 처리효율은 98% 이상이 된다.

3-베드형 축열식 소각로는 2-베드형 축열식 소각로의 단점인 밸브 스위칭시 순간적으로 미처리된 유기가스가 배출되는 것을 방지할 수 있는 시스템으로 각 세라믹 베드가 냉각과 가열되는 사이 퍼지(Purge) 사이클을 추가하여 스위칭시 배출되는 미처리된 유기가스의 대기 유출을 방지하므로 처리효율이 2-베드형 축열식 소각로보다 상대적으로 높아진다.

상기와 같은 베드형 축열식 소각로의 경우 베드에 공기 유입 및 배출을 위해 흡입밸브, 배기밸브 및 퍼지밸브 등에 포핏(Poppet)밸브를 주로 사용한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열식 소각로 포핏 밸브의 상세도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 포핏 밸브(400)는 하부에 에어실린더(410)를 포함한다. 본 실시예에 따른 에어실린더(410)는 원기둥형상을 하고 있으나, 형상을 달리 할 수 있으며, 공기압으로 이하 설명할 디스크(450)의 왕복운동을 일으키는 역할을 한다. 에어실린더(410)의 상부는 밸브본체(420)의 하부와 연결된다.

밸브본체(420)는 에어실린더(410) 상부에 위치하며, 에어실린더(410)의 상단외각 부분이 밸브본체(420)의 하부와 연결되어 고정되며, 연결부분은 밸브내의 가스가 밖으로 새어나가지 못하도록 고정못 등으로 밀봉한다.

본 실시예에 따른 밸브본체(420)의 형상은 원기둥 형상으로 에어실린더(410)보다 지름이 두배 이상 큰 원기둥의 형태를 가지나, 이와 달리 사각기둥 등으로 다른 형태를 가질 수도 있다. 밸브본체(420) 내부는 중심축 부분에 위치한 이하 설명할 샤프트(430)를 제외하고 빈 공간으로 이루어져 있다.

밸브본체(420)는 휘발성 유기화합물을 축열식 소각로로 이송 및 연소 후 배출을 하기 위한 스위칭 밸브의 몸체 역할을 하므로, 흡기밸브의 경우는 유입구를 통해 밸브본체(420)로 들어온 유기가스를 베드(460)를 통해 소각로로 보내고, 배기밸브의 경우는 소각로에서 연소되어 베드(460)를 통해 밸브본체(420)로 배기된 가스를 배기구로 보낸다.

밸브본체(420) 상부는 가스의 유입 및 출입을 위해 상부면 가장자리 부분에만 형상이 존재하고 나머지 부분은 개방되어 있다. 그리고 본 실시예에 따른 밸브본체(420) 상부의 형상이 존재하는 가장자리 부분은 이하 설명할 스토퍼(440)와 결합하기 위해 밸브본체(420) 상부의 외부 방향으로 'ㄷ'형태로 절곡되어 있다. 다만, 스토퍼(440)가 밸브본체와 결합할 수 있는 구조라면 다른 형태로도 제작될 수 있다.

샤프트(430)는 밸브본체(420)의 내부 중심축에 위치한 원기둥 형상의 긴축으로 에어실린더(410)로부터 연결되어 있다. 샤프트(430)는 에어실린더(410)에서 발생한 공기압을 디스크로 전달하는 역할을 한다.

스토퍼(440)는 밸브본체(420) 상단면과 면접하여 고정되어 있다. 본 실시예에서와 같이 고정된 부분은 고정못 등을 이용하여 고정할 수 있으며, 다른 방법으로도 연결할 수 있으나, 스토퍼(440)와 밸브본체(420)의 연결부는 완전히 밀봉되어 가스가 새어 나가지 않아야 한다.

스토퍼(440)의 형태는 밸브본체(420)의 상단면을 따라 이어진 납작한 고리형태이며, 스토퍼(440)는 이하 설명할 실링패킹(510)을 지지하는 역할을 한다.

디스크(450)는 샤프트(430) 상단에 고정되며, 이하 설명할 실링패킹(470)을 덮을 수 있는 크기의 원판 형태를 한다. 이와 같은 형태는 본 발명 실시예에 따른 하나의 일 예이므로 실링패킹(470)을 덮을 수 있는 크기이면 밸브본체(420)및 스토퍼(440)의 형태에 따라 달라질 수 있다.

디스크(450)는 스토퍼(440) 상부에서 상하 왕복운동을 하며, 디스크(450)는 유기가스를 축열식 소각로로 이송 및 연소후 배출을 하기 위한 포핏 밸브를 실링(sealing)하는 역할을 한다.

디스크(450)가 오픈(Open) 상태인 경우는 디스크(450)의 하단이 이하 설명할 실링패킹(470)의 상부와 이격되어 가스가 밸브본체(420)와 베드(460) 사이를 이동 가능 하므로 흡기밸브의 경우 밸브본체(420)에서 베드(460)로 유기가스가 빠져나가고, 배기밸브의 경우 연소된 가스가 베드(460)에서 밸브본체(420)로 빠져나간다.

디스크(450)가 클로즈(Close) 상태인 경우는 디스크(450) 하단면 일부가 실링패킹(510) 상단과 접하여 밸브본체(420)와 베드(460) 사이의 가스 유출입을 막는다.

실링패킹(470)은 스토퍼(440)의 상부면에 면접해 있고, 면접한 부분은 가스가 밖으로 새지 않도록 밀봉되어 있고, 실링패킹(470)의 형상은 스토퍼(440)의 상부면을 따라 이어진 고리형상이다.

실링패킹(470)은 실리콘 고무재질로 이루어져 있어 일반적으로 일정한 형상을 유지하고 있으나, 외부에서 힘이 가해지면 힘을 받는 부위에 일부 변형이 생기고, 외부의 힘이 제거되면 원래 형상으로 돌아온다.

따라서 디스크(450)의 왕복운동 중 하향운동이 스토퍼에 의해 정지될 때 실링패킹(470)이 충격을 흡수하여 디스크(450)의 충격을 완화하고, 클로즈 상태 일 때 디스크(450)와 실링패킹(470) 사이를 기밀하게 밀봉할 수 있다.

실링패킹(470)이 실리콘 고무재질로 되어 있어도 실리콘 고무재질의 경우 최대사용온도가 220℃이며, 실링패킹(470)은 소각로(800℃~850℃에서 운전됨)에서 사용되지 않고, 흡기밸브와 배기밸브에서 사용된다.

흡기밸브에서는 가스가 30℃~50℃로 유입되고, 배기밸브에서는 가스가 입구온도보다 50℃이내로 높게 80℃~100℃ 사이로 배출되므로 실링패킹(470)이 온도에 따라 적절히 대응할 수 있어 온도에 따른 변형의 문제는 없다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축열식 소각로 포핏 밸브의 상세도면이다.

도 5에 도시된 포핏 밸브의 경우, 구성은 도 5에 도시된 포핏 밸브의 구성과 같이 에어실린더(410), 밸브본체(420), 샤프트(430), 스토퍼(440), 디스크(450) 및 실링패킹(470)을 포함하는 것으로 동일하다.

다만, 실링패킹(470)이 고정된 부분에 있어서 스토퍼(440) 상단이 아닌 디스크(450) 하단에 면접하여 고정된 것으로 차이가 있으나, 실링패킹(470)이 기능 및 역할에 있어서는 디스크(450)의 왕복운동 중 하향운동이 스토퍼에 의해 정지될 때 디스크(450)와 스토퍼(440)의 충격을 완화하고, 디스크(450)가 클로즈 상태 일 때 실링패킹(470)과 스토퍼(440) 사이의 빈틈을 최소화하여 가스누설을 방지함에는 차이가 없다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 축열식 소각로 포핏 밸브에 사용되는 실링패킹의 평면도이다. 도 7은 도 6의 실링패킹을 A면으로 자른 내부 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 실링패킹(470)은 반지름이 같은 둥근 고리형상을 하고 있으나, 이는 본 발명의 하나의 실시예에 불과하므로 스토퍼(440)와 디스크(450) 형상에 따라 다른 형상으로 변형될 수 있다.

실링패킹(470)은 스토퍼(440)와 디스크(450)사이에서 충격완화 및 가스누설 방지를 위한 밀폐 역할을 하도록 디스크(450)와 스토퍼(440)에 의해 덮어져야 하므로, 스토퍼(440)의 내부 반지름보다 크고 외부 반지름 보다는 작은 영역, 바람직하게는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 스토퍼(440)의 안쪽 단부에 인접하여 설치 되는 것이 좋다.

도 7에 도시된 바와 같이 실링패킹(470)의 단면은 크게 상부(720)와 하부(710)로 나누어 지며, 하부(710)는 직사각형 형상을 하고, 상부(720)는 하부의 상단면을 지름으로 하는 반원형상이다. 그리고 상부와 하부가 만나는 중심에 원형으로 되고, 빈 공간을 형성하는 내부원형쿠션(750)이 있다.

내부원형쿠션(750)은 실링패킹(440)의 내부에 위치한 원형구멍으로 디스크(450)가 실링패킹(470)에 접촉하는 경우 형태의 변형을 용이하게 하여 완충역할을 극대화 함과 동시에 디스크(450)와 실링패킹(470) 사이를 더욱 밀폐하여 가스의 누설을 최소화 한다.

상부접촉부(740)는 실링패킹 상부(720) 반원형상의 상단으로 디스크가 클로즈 상태 일 경우 도 4에서와 같은 실시예에서는 상부접촉부(740)가 디스크(450)의 하단면과 접촉하게 되며, 디스크(450) 하단면과 접촉시 실링패킹(470)의 접촉부위를 균일하게 하여 유기화합물의 누설을 최소화하는 역할을 한다.

내부원형쿠션(750)의 크기는 너무 크면 눌림의 정도가 커져 실링패킹(470)이 파손될 가능성이 크고, 너무 작으면 눌림의 정도가 작아져 실링효과를 저감시키므로 내부원형쿠션(750)의 반지름(r)의 크기를 상부(720)의 반형부분의 반지름(R) 크기의 4분의 1 내지 6분의 1크기로 하고, 특히 5분의 1 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상부(720)의 반원형상의 반지름(R)의 크기와 내부원형쿠션(750)의 반지름(r)의 크기는 에어실린더(410)의 공기압 및 디스크(450)가 실링패킹(470)을 누르는 힘 정도를 고려하여 결정한다.

예를 들어, 에어실린더 4~5KGf/cm²의 공기압으로 작동하면, 디스크(450)가 실링패킹(470)을 누르는 정도가 8mm 정도 되므로, 상부(720)의 반원형상의 반지름(R)의 크기는 8mm, 내부원형쿠션(750)의 반지름 크기(r)는 1.6mm로 함이 바람직하다.

다만, 이는 하나의 실시예에 불과하므로 에어실린더의 공기압이 달라지면 상부(720)의 반원형상의 반지름(R) 및 내부원형쿠션(750)의 반지름(r) 크기도 달라질 수 있다.

실링패킹(510)의 구성은 상부접촉부(740), 내부원형쿠션(750) 및 하부접촉부(730)로 이루어 진다. 하부접촉부(730)는 실링패킹(470)의 하부의 하단면으로 도 4에서와 같은 실시예에서는 하부접촉부(730)가 스토퍼(440)의 상단면과 면접하게 되나, 도 5에서와 같은 실시예에서는 하부접촉부(730)가 디스크(450)의 하단면과 면접하게 된다.

즉, 도 5에서와 같은 실시예에서는 상부접촉부(740)가 스토퍼(440) 상단면과 접촉하게 되며, 스토퍼(440) 상단면과 접촉시 실링패킹(470)의 접촉부위를 균일하게 하여 유기화합물의 누설을 최소화하는 역할을 한다.

이상 설명한 본 실시예의 포핏 밸브는 도 2와 같은 2-베드형 축열식 소각로 또는 도 3과 같은 3-베드형 축열식 소각로에 사용되는 것이 바람직하다.

3-베드형 축열식 소각로에 사용되는 경우, A베드(320), B베드(330) 및 C베드(340)로의 가스유입과 유출을 담당하는 복수의 흡입 또는 배기 밸브로 이용되어 각각의 밸브의 리크(leak)를 저감시키므로, 축열식 소각로 전체의 효율과 성능을 전체적으로 크게 향상시킬 수 있게 된다.

본 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 따라서 본 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등하거나 균등하다고 인정되는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 : 유입구 120 : 배기구
130 : 밸브 140 : 베드
150 : 소각로 210 : 흡기밸브
220 : 배기밸브 310 : 퍼지밸브
410 : 에어실린더 420 : 밸브본체
430 : 샤프트 440 : 스토퍼
450 : 디스크 470 : 실링패킹
730 : 스토퍼접촉부 740 : 디스크접촉부
750 : 내부원형쿠션