KR100343804B1

KR100343804B1 - 도장부스용 휘발성 유기화합물 흡, 탈착장치 및활성탄필터 재생방법

Info

Publication number: KR100343804B1
Application number: KR1020010008866A
Authority: KR
Inventors: 원광수; 한복열
Original assignee: 주식회사 원방하이텍
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-07-22
Also published as: KR20010035502A

Abstract

본 발명은 도장부스용 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; 이하 'VOCs'라 함) 흡, 탈착장치 및 활성탄필터 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도장작업시 발생하는 VOCs를 입상활성탄과 천연제오라이트가 6:1 내지 8:1 비율로 균일하게 혼합 충진된 스테인리스 망으로 형성된 격자상으로 이루어진 다층필터에 통과시킴으로써 상기 VOCs를 효과적으로 포집, 흡착하여 대기오염을 방지하고, 주기적으로 활성탄필터를 가열하여 입상활성탄내 포집된 VOCs를 탈착 연소시킴으로서 활성탄필터를 재사용할 수 있는 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치 및 활성탄필터 재생방법에 관한 것으로 그 조작 및 구조가 간단하고, 유지관리비가 저렴할 뿐만 아니라 높은 탈취효율을 안출할 수 있도록 한 것이다.

Description

도장부스용 휘발성 유기화합물 흡, 탈착장치 및 활성탄필터 재생방법{A VOCS ABATEMENT SYSTEM FOR SPRAY BOOTH AND A METHOD REGENERATING ACTIVATED-CARBON FILTER}

일반적으로 VOCs는 조혈기능 장애, 발암성, 의식장애, 두통, 전신경련, 신장장애, 심장이상 등을 유발하는 벤젠, 톨루엔, 자이렌 등 유기탄화수소화합물을 총칭하는 것으로서, 우리나라는 1995년 12월 29일 대기환경보전법 개정법률 제28조 제2항에서 '휘발성유기화합물의 규제'에 관한 규정을 신설하여 대기환경규제지역에서의 VOCs 배출시설관리를 1996년 1월부터 시행하고 있으며, 대기환경규제지역의VOCs 배출시설에 대한 관리에 관해서는 1999년 3월 31일 'VOCs 배출시설의 종류, 규모 및 억제 방지시설등에 관한 규정'을 고시하면서, 자동차 제조업, 정비업 및 도장부스업 등에 있어서는 2000년 말까지 VOCs 배출억제시설 및 방지시설을 완료하도록 추진하고 있으며, 2000년에는 톨루엔, 자일렌 등을 VOCs 관리대상물질로 추가, 확대하였다.

이에 종래에는 이러한 오염물질을 제거하기 위하여 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치로서 널리 폴리에스터 재질에 활성탄분말을 함침한 부직포를 이용하여 VOCs를 제거하는 기술이 제시되었다.

그러나, 상기 장치는 활성탄분말을 함침한 부직포가 적정 시간이 경과함에 따라 비산먼지로 오염되고, 부직포의 경화 등을 이유로 하여 VOCs 흡착효율이 급격히 저하되어 환경관련법규의 배출허용기준을 충족시키지 못함으로써 잦은 교체로 인한 유지보수비가 증대될 뿐만 아니라 과열시에는 부직포 소손으로 인한 도장부스의 화재가 발생되는 등의 상당한 문제점들이 야기되었다.

이에 보다 저렴하고, 유지보수비가 추가 증대되지 않으며, 흡착효율이 높을 뿐만 아니라 안전성이 높은 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치에 관한 연구가 현재 계속적으로 진행되고 있으며, 아직까지는 상기 문제점들을 해결할 수 있는 유용한 VOCs 흡, 탈착장치가 제시되지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술이 안고 있는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, VOCs 흡, 탈착 필터의 장기간 사용시에도 환경관련법규의 VOCs배출허용기준에 적합할 뿐만 아니라 이로 인한 유지보수비가 절감되고, 화재위험이 없어 보다 안전하며, 그 조작 및 구조가 간단하여 매우 실용적이면서도 유용한 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치 및 활성탄필터 재생방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 도장부스의 개략적인 시스템 개요도이다.

도 2는 본 발명에 따른 미디움필터의 구성부분을 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 활성탄필터의 구성부분을 나타내는 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 활성탄필터 분산판의 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 활성탄필터 전기히터의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 VOCs 이송 및 연소과정을 나타내는 개략도이다.

도 7은 본 발명의 흡착효율을 설명하기 위한 그래프이다.

도 8은 본 발명의 탈착성능을 설명하기 위한 그래프이다.

< 도면부호에 대한 간단한 설명>

1: 도장부스 11: 바닥필터

21: 미디움필터 23: 철제케이스

25: 지지대 27: 부직포

31: 활성탄필터 32: 격자형 케이스

33: U자형 전기히터 34: 분산판

35: 개방부 36: 유도관

37: 구멍 41: 연소장치.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 종래에 널리 사용되는 도장부스용 바닥필터;와 지지대 및 부직포로 형성된 미디움필터;와 스테인리스 철망으로 형성된 격자형 케이스 내측에 6:1 ~ 8:1 비율로 혼합 충진된 입상활성탄 및 천연제오라이트로 이루어진 활성탄필터;와 취출송풍기가 장착된 VOCs 연소장치;로 구성되어지는 것을 그 특징으로 한다.

상기 미디움필터는 전후면이 개방된 아연도강판의 철제케이스 내부에 사선모양으로 형성된 5~9개의 지지대;와 상기 지지대에 난연 폴리에스터 재질의 부직포를 주름지게 형성하여 구성되어지는 것을 그 특징으로 하며, 특히 본 발명에 있어서 상기 미디움필터는 상하단 각 2~5개씩 부착 조립하여 형성되어질 수 있다.

한편, 상기 미디움필터는 각각의 단으로 형성되어 필터로의 사용시 탈, 부착 조립이 용이할 뿐만 아니라 도장부스의 용량 및 배기가스의 량에 따라 적절하게 단수를 선택 사용되어질 수 있어 보다 효율적이며, 더욱이 상기 미디움필터의 교체시에도 단지 부직포만을 갈아줌으로써 미디움필터의 재사용이 용이한 것이며, 이에 따른 유지보수비 또한 절감할 수 있도록 한 것이다.

상기 미디움필터는 상기 바닥필터에서 필터링되지 못한 미세한 먼지가 활성탄필터로 유입되어 입상활성탄의 미세기공을 막음으로써 VOCs의 흡착효율을 떨어뜨리지 않도록 하기 위해 활성탄필터의 전단계에 착설 사용되어지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 활성탄필터는 정밀가공한 프레임의 좌,우측에 공기가 유통될 수 있도록 스테인리스 철망을 구비한 격자형 케이스;와, 상기 격자형 케이스 내측부에 충진된 입상활성탄으로의 전열효과를 극대화 할 수 있는 4~8개의 U자형 전기히터;와 상기 격자형 케이스 내측에 6:1 ~ 8:1 비율로 균일하게 혼합 충진된 입상활성탄 및 입상활성탄의 미세기공에 수분이 흡수되는 것을 방지하기 위하여 제습기능이 뛰어난 천연제오라이트;와, 상기 U자형 전기히터를 고정하고, 상기 혼합 충진된 입상활성탄 및 천연제오라이트가 자중에 의해 하단으로 다져지거나 한쪽으로 쏠리는 경향을 방지하기 위하여 4~8개의 개방부가 형성된 3~9개의 분산판;과 상기 입상활성탄 내에 흡착된 VOCs가 상기 U자형 전기히터의 가열로 각 용제별 비점에 따라 서서히 휘발되어 입상활성탄의 미세한 기공에서 탈착되어 상승할 수 있도록 상기 격자형케이스 전후면에 수직으로 위치하는 7~15개의 구멍이 구비된 6~12개의 유도관;과 상기 유도관을 따라 휘발된 VOCs가 연소장치로 적절하게 이송될 수 있도록 상기 격자형 케이스의 상단부에 위치하는 취출로;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

그리고 상기 활성탄필터는 상기 미디움필터에서 필터링된 VOCs를 함유한 배기가스가 입상활성탄 및 천연제오라이트에 의해 각각 VOCs 및 수분이 95%이상 흡착되어져 배기송풍기에 의해 환경관련법규의 배출허용기준에 매우 적합한 상태에서 대기로 방출되어지도록 하였으며, 상기 흡착된 VOCs는 U자형 전기히터의 가열로 각용제별 비점에 따라 서서히 휘발됨으로써 입상활성탄의 미세기공에서 탈착되어 취출송풍기에 의해 유도관을 따라 취출로 이송된 후 연소장치로 옮겨져 연소되어지는 것이다.

이러한 활성탄필터의 작용으로부터 입상활성탄 및 천연제오라이트는 도장부스작업에서 발생되는 또다른 배기가스의 VOCs 및 수분을 흡착가능하게 함으로써 활성탄필터의 재생방법을 제공할 수 있는 것이다.

이하 첨부도면을 통해 본 발명의 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하기로 하되, 본 발명은 하기되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 도장부스의 개략적인 시스템 개요도로서, 도장부스(1) 내에서 자동차 등의 도장작업이 이루어지며 이때 발생된 비산먼지와 도료에 함유된 VOCs(조성상 벤젠, 톨루엔, 자이렌 등)는 1차로 바닥필터(11)에서 입자가 큰 비산먼지가 필터링되어 도장부스(1) 후단에 착설된 필터장치로 유입되고, 이렇게 유입된 VOCs를 함유한 배기가스는 부직포가 구비된 미디움필터(21)를 거쳐 미세한 먼지가 포집필터링된 다음, 활성탄필터(31)에 의해 잔존하는 VOCs를 95% 이상 완벽히 흡착필터링시켜 상기 배기가스는 환경관련법규의 배출허용기준을 충족시킨 상태에서 대기로 방출되어지며, 상기 활성탄필터(31)를 거쳐 필터링된 VOCs는 연소장치(41)에 구비된 취출송풍기에 의해 연소장치(41)로 옮겨져 완전히 연소되어지는 것을 특징으로 하는 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치에 관한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 미디움필터의 구성부분을 나타내는 사시도로서, 본발명에 있어서는 전후면이 개방된 아연도강판의 철제케이스(23) 내부에 사선모양으로 형성된 6개의 지지대(25)와 상기 지지대(25)에 20㎜ 정도 뚜께의 난연 폴리에스터 재질의 부직포(27)를 주름지게 형성하여 구성되어진 미디움필터(21)를 상하단 각 3개씩 부착 조립하여 사용되어진다.

도 3은 본 발명에 따른 활성탄필터의 구성부분을 나타내는 사시도로서, 정밀가공한 프레임의 좌,우측에 공기가 유통될 수 있도록 스테인리스 철망을 구비한 격자형 케이스(32);와, 상기 격자형 케이스 내측부에 충진된 입상활성탄으로의 전열효과를 극대화 할 수 있는 6개의 U자형 전기히터(33);와 상기 격자형 케이스 내측에 6:1 ~ 8:1 비율로 균일하게 혼합 충진된 직경 4㎜, 길이 8㎜의 KS 1급품의 코코넛셸로 제조한 대략 120~400Kg 정도의 입상활성탄 및 입상활성탄의 미세기공에 수분이 흡수되는 것을 방지하기 위하여 제습기능이 뛰어난 대략 20~50Kg 정도의 천연제오라이트;와, 상기 U자형 전기히터(33)를 고정하고, 상기 혼합 충진된 입상활성탄 및 천연제오라이트가 자중에 의해 하단으로 다져지거나 한쪽으로 쏠리는 경향을 방지하기 위하여 6개의 개방부(35)가 형성된 5개의 분산판(34);과 상기 입상활성탄 내에 흡착된 VOCs가 상기 U자형 전기히터(33)의 가열로 각 용제별 비점에 따라 서서히 휘발되어 입상활성탄의 미세한 기공에서 탈착되어 상승할 수 있도록 상기 격자형케이스(32) 전후면에 수직으로 위치하는 11개의 구멍(37)이 구비된 8개의 유도관(36);과 상기 유도관(36)을 따라 휘발된 VOCs가 연소장치로 적절하게 이송될 수 있도록 상기 격자형 케이스(32)의 상단부에 위치하는 취출로(37);를 포함하는 구성이 구비되어진 것을 특징으로 하는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 VOCs 이송 및 연소과정을 나타내는 개략도로서, 활성탄필터(31)에서 흡착된 VOCs가 U자형 전기히터의 가열로 인하여 입상활성탄으로부터 탈착되어 취출송풍기에 의해 상기 격자형 케이스(32) 전,후면에 위치한 유도관(36)을 따라 상기 격자형 케이스(32) 상단부에 위치하는 취출로(37)로 모여 연소장치로 이송되어짐으로써 VOCs가 연소되어지는 것을 나타내는 개략도이다.

도 7은 본 발명의 흡착효율을 설명하기 위한 그래프로서, 종래의 부직포 함침 필터식 VOCs 흡, 탈착장치(이하 'A'라 함)와 본 발명에 따른 VOCs 흡, 탈착장치(이하 'B'라 함)의 흡착효율을 비교하여 사용일수에 따라 나타낸 그래프이며, 이의 검증은 미국의 휘발성 유기화합물질 공정시험방법(EPA TO-17)에 준하여 활성탄 필터부 전, 후에서 배출되는 VOCs를 흡착관에 포집하여 GC/Mass FID에 의해 VOCs물질별로 분석하여 이를 백분율로 환산하였으며, 이의 측정은 환경부지정 자가측정대행기관인 산업공해연구소에서 시행하였다.

결과적으로 종래의 VOCs 흡, 탈착장치 'A'는 사용일수 경과에 따라 지속적으로 흡착효율이 99.2%에서 60일 후에는 56.8%까지 저하되는데 비해 본 발명에 따른 VOCs 흡, 탈착장치의 경우에는 사용기간이 60일 경과하여도 흡착효율이 여전히 95% 이상을 유지하고 있음을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 탈착성능을 설명하기 위한 그래프로서, 입상활성탄에 흡착된 VOCs는 적정온도로의 가열에 의해 탈착되어야 활성탄내 미세기공이 확보되어 다시 가동할 경우 효과적으로 VOCs를 흡착할 수 있으며, 가령 탈착성능이 떨어지게 되면 이에 비례하여 흡착효율도 저하되게 될 것이다. 또한, 탈착성능의 확인은 일정기간마다 사용중인 활성탄을 채취하여 요오드가를 분석함으로써 신탄상태로 재생이 되고 있는지를 비교할 수 있으며, 상기 요오드가의 확인은 한국공업규격 KSM 1802 (활성탄 시험방법)에 의하여 분석하였다

그 결과는 도 8에서 보여지는 바와 같이, 종래의 VOCs 흡, 탈착장치 'A'의 경우에 있어서는 요오드가가 1089에서 60일 후에는 583까지 저하되었음을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 VOCs 흡, 탈착장치의 경우에는 사용기간이 60일 경과하여도 여전히 요오드가가 신탄에 근접한 수치로 유지되는 것을 확인할 수 있다.

한편, 요오드가는 650이하가 되면, 활성탄의 흡착능력의 한계수명에 도달된 것으로 종래의 VOCs 흡, 탈착장치 'A'의 경우에 있어서는 필터의 한계수명이 대략 30일~35일 정도가 되는 것을 볼 수 있어 본 발명에 의한 방식이 종래의 방식보다 흡, 탈착성능이 매우 탁월하고 안정적임을 알 수 있다.

상기에서 이미 상술한 바와 같이, 도장부스에 본 발명에 의한 VOCs 흡, 탈착장치를 사용함으로써 종래의 기술보다 활성탄필터의 장기간 수명으로부터 유지보수비가 훨씬 감소될 수 있을 뿐만 아니라 과열의 염려도 없어 부직포 소손으로 인한 도장부스의 화재가 발생되는 문제점을 해결하였으며, 흡착효율에 있어서도 종래의 기술보다 더욱 높아 환경관련법규의 배출허용기준을 충족한 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치로 매우 적합하며, 이로 인한 기계의 신뢰성을 증대시킬 수 있는 현저한 효과를 안출한 것이다.

Claims

도장부스용 배기가스 흡, 탈착장치에 있어서, 바닥필터;와 지지대 및 부직포로 형성된 미디움필터;와 스테인리스 철망으로 형성된 격자형 케이스 내측에 6:1 ~ 8:1 비율로 혼합 충진된 입상활성탄 및 천연제오라이트로 이루어진 활성탄필터;와 취출송풍기가 장착된 VOCs 연소장치;로 구성되어지는 것을 그 특징으로 하는 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치.
제1항에 있어서, 상기 미디움필터는 전후면이 개방된 아연도강판의 철제케이스 내부에 사선모양으로 형성된 5~9개의 지지대;와 상기 지지대에 난연 폴리에스터 재질의 부직포를 주름지게 형성하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 활성탄필터는 정밀가공한 프레임의 좌,우측에 공기가 유통될 수 있도록 스테인리스 철망을 구비한 격자형 케이스;와, 상기 격자형 케이스 내측부에 충진된 입상활성탄으로의 전열효과를 극대화 할 수 있는 4~8개의 U자형 전기히터;와 상기 격자형 케이스 내측에 6:1 ~ 8:1 비율로 균일하게 혼합 충진된 입상활성탄 및 입상활성탄의 미세기공에 수분이 흡수되는 것을 방지하기 위하여 제습기능이 뛰어난 천연제오라이트;와, 상기 U자형 전기히터를 고정하고, 상기 혼합 충진된 입상활성탄 및 천연제오라이트가 자중에 의해 하단으로 다져지거나 한쪽으로 쏠리는 경향을 방지하기 위하여 4~8개의 개방부가 형성된 3~9개의 분산판;과 상기 입상활성탄 내에 흡착된 VOCs가 상기 U자형 전기히터의 가열로 각 용제별 비점에 따라 서서히 휘발되어 입상활성탄의 미세한 기공에서 탈착되어 상승할 수 있도록 상기 격자형케이스 전후면에 수직으로 위치하는 7~15개의 구멍이 구비된 6~12개의 유도관;과 상기 유도관을 따라 휘발된 VOCs가 연소장치로 적절하게 이송될 수 있도록 상기 격자형 케이스의 상단부에 위치하는 취출로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도장부스용 VOCs 흡, 탈착장치.
제3항의 활성탄필터에 있어서, 흡착된 VOCs가 상기 U자형 전기히터의 가열로 입상활성탄의 미세기공에서 탈착되어 상기 유도관을 따라 연소장치로 이송 및 연소되어짐으로써 활성탄필터의 재사용을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 활성탄필터 재생방법.