KR100339700B1 - 대기오염물질 제거장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기중의 대기오염물질을 흡착제에 흡착시켜 정화처리된 공기를 배출하고 상기 흡착제로부터 분리된 대기오염물질은 광촉매를 이용하여 분해시켜 제거하는 대기오염물질 제거창치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 내부에는 대기오염물질을 흡착하는 흡착제가 내장되며, 일측에는 오염물질을 포함하는 공기를 유입시키는 유입구(11)가 형성되고, 타측에는 흡착제(15)에 의해 정화처리된 공기가 배출되는 배기구(13)가 마련된 흡착조(10)와, 내부에는 가열수단(21)이 마련되고, 상기 가열수단(21)의 둘레에는 광촉매층(23)과 자외선램프(24)가 구비되어 흡착제(25)로부터 분리된 오염물질이 자외선램프(24)에 의해 활성화된 광촉매층(23)을 통과하면서 산화 및 환원되어 무해한 성분으로 변환되는 반응조(20)와, 상기 흡착조(10)와 반응조(20) 사이에 설치되어 흡착조(10)의 오염된 흡착제(15)를 반응조(20)로 이송시키며, 반응조(20)의 청정한 흡착제(25)를 흡착조(10)로 이송시키는 이송수단(30)이 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 대기오염물질 제거장치가 제공된다.
Description
본 발명은 대기오염물질 제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기중의 대기오염물질을 흡착제에 흡착시켜 정화처리된 공기를 배출하고 상기 흡착제로부터 분리된 대기오염물질은 광촉매를 이용하여 분해시켜 제거하는 대기오염물질 제거창치에 관한 것이다.
일반적으로 흡착제를 이용한 대기오염물질 제거방법은 오염물질이 포함된 공기를 흡착제층으로 통과시키면서 대기중의 오염물질이 흡착제에 흡착되도록 한 후 정화처리된 공기를 외부로 배출하는 것으로서, 흡착제에 흡착된 오염물질은 촉매반응에 의해 무해한 성분으로 분해되어 배출된다.
이러한 과정에서 사용되는 촉매 중 최근에 개발된 광촉매는 소정 범위내의 파장을 갖는 빛을 표면에 조사하면 전자와 정공이 분리되면서 반응물질의 산화 및 환원반응을 활성화시키는 것으로서, 활성이 가장 좋은 이산화티타늄이 주로 이용되고 있다.
그러나, 상기 이산화티타늄 광촉매는 우수한 활성 특성을 갖는 반면, 오염물질이 포함된 가스의 반응에 소요되는 체류시간이 확보되어야 하기 때문에 대량의 유해가스를 처리하기 위해서는 설비가 커져야 하며, 설비가 충분히 크지 않을 경우에는 흡착제로부터 분리된 오염물질이 광촉매 반응을 하지 못하고 그대로 방출되는 문제점이 있다. 따라서, 현재는 연속순환방식의 실내 공기 청정기나 보조처리 등의 용도에 국한되어 사용되며, 대량의 유해가스가 방출되는 산업용으로는 활용되지 못하고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 대기중의 오염물질을 흡착하는 흡착조와 오염물질을 분해하는 반응조를 각기 별도로 구성하여 광촉매 반응을 위한 충분한 체류시간을 확보하고, 오염물질이 광촉매와 원활하게 반응하도록 하므로써, 비교적 간단한 설비에 의해서도 산업체 등에서 발생하는 대량의 유해가스를 처리할 수 있는 대기오염물질 제거장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 대기오염물질 제거장치의 단면도
도 2는 도 1의 평면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 흡착조 11 : 유입구
13 : 배기구 15 : 흡착제
20 : 반응조 21 : 가열수단
23 : 광촉매층 24 : 자외선램프
25 : 흡착제 26 : 반응실
27 : 투입대기호퍼 28 : 배출호퍼
30 : 이송수단
본 발명에 따르면, 내부에는 대기오염물질을 흡착하는 흡착제가 내장되며, 일측에는 오염물질을 포함하는 공기를 유입시키는 유입구(11)가 형성되고, 타측에는 흡착제(15)에 의해 정화처리된 공기가 배출되는 배기구(13)가 마련된 흡착조(10)와, 내부에는 가열수단(21)이 마련되고, 상기 가열수단(21)의 둘레에는 광촉매층(23)과 자외선램프(24)가 구비되어 흡착제(25)로부터 분리된 오염물질이 자외선램프(24)에 의해 활성화된 광촉매층(23)을 통과하면서 산화 및 환원되어 무해한 성분으로 변환되는 반응조(20)와, 상기 흡착조(10)와 반응조(20) 사이에 설치되어 흡착조(10)의 오염된 흡착제(15)를 반응조(20)로 이송시키며, 반응조(20)의 청정한 흡착제(25)를 흡착조(10)로 이송시키는 이송수단(30)이 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 대기오염물질 제거장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 대기오염물질 제거장치의 단면도와 평면도이다. 이를 참조하면, 상기 대기오염물질 제거장치는 대기중의 오염물질을 흡착제(15)에 흡착되도록 하는 흡착조(10)와, 오염물질이 흡착된 흡착제(25)로부터 오염물질을 분리해내어 산화환원반응을 거쳐 오염물질을 제거하는 반응조(20)와, 흡착조(10)의 오염된 흡착제(15)를 반응조(20)로 이송시키며 반응조(20)의 청정한 흡착제(25)를 흡착조(10)로 이송시키는 이송수단(30)으로 구성된다.
상기 흡착조(10)는 흡착제(15)가 다량 저장되어 있는 탱크로서, 그 하단부 일측에는 송풍기에 의해 대기중의 공기가 유입되는 유입구(11)가 형성되고, 그 상단부에는 오염물질이 제거된 청정공기를 배출하는 배기구(13)가 형성된다. 이때, 상기 유입구(11)에는 고형의 불순물이 함께 유입되는 것을 방지하기 위하여 도면에 도시되지 않은 불순물 여과장치를 구비하며, 수분의 영향이 클경우에는 흡습층을 두는 것도 좋다. 또한, 상기 배기구(13)에는 흡착조(10)의 반응과정에서 생길 수 있는 산가스(acid gas)성분의 대기중 방출을 막기 위해 그 후단에 이를 거를 수 있는 중화조를 배치함이 바람직하다.
상기 흡착제(15,25)는 대기중의 오염물질을 흡착한 후 이를 소정의 조건하에서 탈락되도록 하는 것으로서, 본 발명에서는 500㎡/g 이상의 비표면적을 가지며 높은 압축강도와 6~10Å 기공분포를 가지는 3~5㎜직경의 구형 제올라이트 펠렛(zeolite pellets)을 사용하였으며, 오염물질에 따라 흡착 및 탈락이 가능한활성탄 등의 흡착제도 이용 가능하다.
상기 반응조(20)는 흡착제(25)에 흡착되어 있는 오염물질을 탈락시켜 광촉매에 의한 산화 환원반응을 거쳐 무해한 물질로 제거하는 원통형 탱크로서, 그 상단부에는 흡착조(10)로부터 이송된 오염물질이 흡착된 흡착제(25)를 저장하였다가 이를 솔레노이드벨브(27a)의 작동에 의해 반응실(26)로 공급하는 투입대기호퍼(27)가 구비되고, 그 하단부에는 반응실(26)에서 오염물질이 제거된 후 솔레노이드밸브(28a)를 통해 배출된 흡착제(25)를 저장하고 이를 흡착조(10)로 이송되도록 하는 배출호퍼(28)가 구비된다.
이러한 반응조(20)의 중앙에는 그 내부에 다수개의 전열선(22)이 일정간격으로 배치된 원통형 가열수단(21)이 구비되며, 이러한 가열수단(21)의 둘레에는 흡착제(25)가 담겨져 흡착제(25)에 흡착된 오염물질이 탈락되도록 하는 원통형 반응실(26)이 마련된다. 이때, 상기 반응조(20) 내부의 전열선(22)은 상온에서 250℃까지 변환할 수 있는 것을 사용하였으며, 실험에 의하면 100~150℃의 온도만 유지되면 오염물질이 충분히 탈락되었다. 이때, 상기 반응실(26)은 흡착제(25)로부터 분리된 오염물질이 통과되는 무수한 통공이 형성되며, 흡착제가 발열하는 원통형 가열수단에 균일하게 분포되어 오염물질의 탈락을 용이하도록 하기 위해 도면에 도시되지 않은 나선형 날개를 구비함이 바람직하다.
또, 상기 반응실(26) 둘레에는 통기성 유리섬유에 이산화 티타늄이 도포된 광촉매층(23)이 설치되는 데, 이러한 광촉매층(23)은 오염물질이 흡착되는 면적을 최대로 할 수 있도록 다수개 층을 일정 간격 이격되게 설치된다. 또한, 다수개의광촉매층(23) 사이에는 오염물질을 분해할 수 있도록 약 380㎜ 이하의 파장의 빛을 발하는 다수개의 자외선램프(24)가 일정 간격으로 설치된다.
상기 광촉매층(23) 외곽에 반응조의 외벽을 냉각시키는 냉각관이 설치되면, 흡착제(25)로부터 분리된 오염물질이 농도 및 온도구배에 의해 외곽쪽으로 원활하게 흐를 수 있게된다. 이때, 오염물질의 농도가 갑자기 광촉매 반응효율에 비해 지나치게 커지는 경우에는 응축도 가능하게 되며, 반응조(20)의 외곽에 단열재를 감싸게 되면 더욱 효율적이다.
상기 이송수단(30)은 흡착조(10)의 오염된 흡착제(15)를 반응조(20)로 이송시키며, 반응조(20)의 청정한 흡착제(25)를 흡착조(10)로 이송시키기 위한 것이다. 이러한 이송수단(30)은 흡착조(10)의 하단으로부터 수평으로 배치되고 그 선단부에서 상향 연장되어 반응조(20) 상단의 투입대기호퍼(27)로 연결되는 오염 흡착제의 이송통로(31)와, 반응조(20)의 하단의 배출호퍼(28)에서 상향 연장되어 흡착조(10)로 연결되는 청정 흡착제 이송통로(33)가 구비되며, 흡착조(10) 하단에서 수평으로 배치된 이송통로상에는 나선형 이송장치(32)가 구비되어 흡착제(15)가 일정량씩 이송되도록 구성된다. 또, 상기 수직방향으로 연장된 이송통로(31,33) 내부에는 버킷 엘리베이터가 구비되어 흡착제(15,25)를 원활하게 이송할 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기 오염물질 제거장치는 흡착조(10)의 유입구(11)를 통해 오염물질이 포함된 공기가 유입되어 흡착제(15)를 통과하면서 오염물질이 제거된 후 깨끗한 상태의 공기가 배출구(13)를 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 오염물질이 흡착된 흡착제(15)는 이송통로(31)를 통해 반응조(20)상부의 투입대기호퍼(27)에 저장되었다가 일정 시간이 경과된 후 솔레노이드밸브(27a)가 개방되면서 반응실(26) 내부로 유입된다. 이와 같이 반응실(26) 내부로 공급된 흡착제(25)는 전열선(22)에 의해 가열되면서 흡착된 오염물질이 분리되며, 분리된 오염물질은 농도 및 온도 구배에 의해 반응조(20) 외측으로 흐르면서 자외선램프(24)에 의해 활성화된 광촉매층(23)을 통과하게 된다. 이때 오염물질은 광촉매의 산화 환원반응에 의해 무해한 요소로 분해되어 대기중으로 배출되거나 응축되어 배출된다.
또한, 이와 같이 반응실(26)에서 오염물질이 분리된 흡착제(25)는 솔레노이드밸브(28a)가 작동됨에 따라 반응실(26) 아래의 배출호퍼(28)로 낙하되며, 청정 흡착제 이송통로(33)를 통해 흡착조(10)로 이송되어 대기오염물질을 흡착하게 된다. 이와 동시 투입대기호퍼(27)에 있던 오염된 흡착제(25)는 솔레노이드밸브(27a)의 작동에 따라 반응실(26) 내부로 유입되어 전술한 오염물질 탈락반응이 진행된다.
이때, 상기 반응조(20)의 외곽에 냉각파이프가 구비되면, 오염물질의 농도구배가 커지게 되므로 오염물질의 흐름을 원활하게 유도할 수 있으며, 오염물질의 농도가 클 경우에는 응축도 가능하게 된다.
이상과 같이 구성된 오염물질 제거장치를 통해 200ppmv의 벤젠을 함유한 공기를 30㎡/min 유량으로 유입시키고 흡착조(10)의 전량이 일일 1회전하도록 유동시킨 결과 98% 이상의 제거효율을 보였고, 그 효율은 20일 이상 지속되었다. 또한, 톨루엔, 자일렌의 경우도 그 효율은 마찬가지로 충분히 상업화가 가능한 수준이었으며, 인입되는 공기의 양 또는 오염물질의 농도 변화에 대하여는 반응조(20) 및 흡착조(10)의 크기에 의해 충분히 대응이 가능하였다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 상기 대기오염물질 제거장치는 흡착조(10)에서 오염물질을 흡착한 흡착제(15,25)를 별도의 반응조(20)에서 전열선(22)으로 가열하면서 오염물질을 탈락시키고, 이 오염물질을 자외선램프(24)에 의해 활성화된 광촉매층(23)으로 통과시키면서 무해한 성분으로 분해하게 되므로, 흡착조(10)와 반응조(20)의 간단한 설비에 의해 반응효율을 상당히 높일 수 있고, 충분한 반응시간을 확보할 수 있으며, 설치 및 운전비용이 저렴하다. 또한, 광촉매를 이용하여 오염물질을 분해하므로, 저온에서 반응이 이루어지며, 우수한 분해효율과, 유해물질 특히, 녹스(NOx)의 발생이 없고, 설치장소에 제한이 없는 등 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 갖는다.
Claims (1)
- 내부에는 대기오염물질을 흡착하는 흡착제가 내장되며, 일측에는 오염물질을 포함하는 공기를 유입시키는 유입구(11)가 형성되고, 타측에는 흡착제(15)에 의해 정화처리된 공기가 배출되는 배기구(13)가 마련된 흡착조(10)와, 내부에는 가열수단(21)이 마련되고, 상기 가열수단(21)의 둘레에는 광촉매층(23)과 자외선램프(24)가 구비되어 흡착제(25)로부터 분리된 오염물질이 자외선램프(24)에 의해 활성화된 광촉매층(23)을 통과하면서 산화 및 환원되어 무해한 성분으로 변환되는 반응조(20)와, 상기 흡착조(10)와 반응조(20) 사이에 설치되어 흡착조(10)의 오염된 흡착제(15)를 반응조(20)로 이송시키며, 반응조(20)의 청정한 흡착제(25)를 흡착조(10)로 이송시키는 이송수단(30)이 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 대기오염물질 제거장치.
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