KR100503921B1 - 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치 - Google Patents
저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 가스 속에 포함된 유해가스를 분해 제거하는 장치로서, 플라즈마 방전극과 광촉매 필터를 처리가스의 주유동 방향과 평행하게 설치하고, 처리가스가 플라즈마 방전극과 광촉매필터 사이의 플라즈마로 가득찬 공간과 광촉매 필터 내부를 통과하도록 유로를 구성하여 플라즈마과 광촉매에 의한 유해가스의 분해 및 제거가 가능하게 하는 장치이다.
기존의 방식과 달리 처리가스가 플라즈마 방전극 면을 통과하지 않아 다양한 형태의 플라즈마 방전극의 적용이 가능하고, 광촉매 필터의 처리가스 흡입면을 플라즈마 방전극과 평행하게 둠으로써 플라즈마 광에 의한 광촉매의 활성도를 높이는 동시에 유동의 압력손실을 줄여 대용량의 가스 처리를 가능하게 하는 것이다.
Description
본 발명은 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용해서 기체 내 유해가스를 분해 제거하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마의 높은 에너지와 플라즈마 광에 의해 활성화된 광촉매의 광화학적 특성을 이용하여 처리하는 장치인 것이다.
일반적으로 가정, 산업공정, 화학플렌트, 자동차 등에서 발생하는 각종 유해가스에는 악취물질, 휘발성 유기화합물(VOC), 과불화합물(PFC, CFC), 염소 및 시안 화합물, 다이옥신 등이 포함되어 있으며, 이들은 인체에 매우 유해하여 전 세계적으로 그 배출규제를 강화하고 있는 추세이다.
이같이 강화되는 단속기준을 만족하고 환경오염을 방지하기 위하여 상기된 유해 대기가스를 처리하기 위해 많은 기술들이 개발되고 있으며, 유해가스 처리기술에는 소각시키는 방법, 촉매를 이용하는 방법, 흡착시키는 방법, 생물학적 처리 방법들이 있으나 운영 및 효율적인 측면에서 충분하지 못한 점이 있다.
즉 소각 및 촉매 이용 방식은 고온의 열원이 지속적으로 필요하여 유해가스 처리장치의 유지에 고비용이 소모되는 문제점이 있고, 흡착 필터 방식은 사용 시간이 경과될수록 흡착성능이 저하되어 영구적으로 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서 영구적으로 사용할 수 있고, 고효율의 처리능력을 가지며, 유지 비용이 저렴한 유해가스 처리장치의 개발에 초점이 맞추어지고 있으며, 여기에는 저온의 플라즈마를 이용하는 방식과 광촉매를 이용하는 방식이 연구되고있다.
예를 들면, 대한민국공개특허공보 공개번호 특2002-0024572는 도 2 에서 도시되어 있는 바와 같이 유해가스 처리에 필요한 평행 방전판 반응기(21)는 플라즈마 전극(24a)(24b)이 평판 다층 구조를 갖도록 구성되고 플라즈마 전원장치(60)가 연결된 저온 플라즈마 발생장치가 응용되고 있으나, 플라즈마에 의해 불완전 분해된 가스들이 배출되거나, 입자형태의 불순물들이 발생하여 전극을 오염시키고 장치의 성능을 떨어뜨리게 되는 문제점과 함께 가스처리에 높은 전력을 필요로 하는 문제가 있는 것이다.
또 다른 예로, 대한민국공개특허공보 공개번호 특2001-0105140는 도 3 과 같이 유해처리 가스 처리에 필요한 플라즈마 광촉매 반응기(22)는 플라즈마 전극(24a)(24b)과 광촉매 허니컴(25)으로 이루어져 있으나, 광촉매의 반도체의 특성 때문에 전극과 광촉매 간의 균일하고 강한 플라즈마를 얻을 수 없어 가스를 분해하기 위한 충분한 에너지와 광촉매의 활성화에 필요한 충분한 광을 얻을 수 없는 문제점과 처리가스가 플라즈마 전극을 통과함으로 인해서 압력 손실이 커지는 문제점이 있으며, 또한 대용량의 유해 가스를 처리하기 위해서는 통과 면적이 커져서 장치의 크기가 매우 커져야 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출 한 것으로, 광촉매 필터를 통과하는 가스의 유동 방향을 가스처리 장치에 유입되는 유해가스의 주 유동 방향에 직각이 되도록 배치하고, 유해가스의 주 유동 방향과 평행하게 플라즈마 전극을 배치하여 유해가스가 플라즈마 전극과 광촉매 필터 사이와 광촉매 필터 내부로 통과시킴으로써, 유동에 의한 압력손실을 줄여서 소형의 반응기로 대용량의 유해가스 처리가 가능하도록 한 것이다.
본 발명은 다양한 종류의 플라즈마 전극을 채용하여 보다 강한 플라즈마의 발생과 광촉매 활성에 충분한 광량이 확보되게 하므로서 가스 처리 효율을 높일 수 있으며, 광촉매 필터의 면적 및 두께와 플라즈마 전극과의 거리를 적절하게 조절할 수 있어 플라즈마와 광촉매의 효과 조절이 가능하고, 주어진 설치 공간, 처리 풍량, 처리 효율과 소모 전력 등의 조건 에 맞게 각종 변수들을 조절하여 유연한 설계를 실현할 수 있다.
본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 첨부 도면을 참조하여 실시예에 따라 상세히 설명하지만 본 발명의 실시예는 그 기본적인 예시에 불과하며 이를 변경한 어떠한 형상과 구조로 된 것이라 하더라도 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 유해 가스처리 장치는 도 1 과 같이 구성되는 것으로, 팬(50)의 구동으로 처리가스가 처리장치 내로 흡입되면, 먼저 예비 집진필터(10)에서 처리가스 속에 포함된 각종 분진들을 미리 제거하여 플라즈마 광촉매 반응기 내부가 오염되는 것을 방지하고, 예비 집진필터(10)를 통과한 처리가스에 포함된 유해가스는 고전압 교류나 펄스를 플라즈마 전원 장치(60)로 부터 공급받아 작동하는 플라즈마 광촉매 반응기(20)에서 분해 제거되며, 플라즈마 광촉매 반응기(20) 후단의 집진필터(30)는 유해가스 처리과정에서 발생된 입자상 물질을 포집하여 제거하며, 촉매 필터(40)는 유해가스 처리과정에서 발생된 오존과 미처리 된 잔존 유해가스를 최종적으로 처리하게 된다.
상기된 플라즈마 광촉매 반응기(20)는 도 4 또는 도 5 와 같이 다수의 플라즈마 방전극(24a)(24b)과 광촉매 필터(25) 및 절연 칸막이(26)로 구성되어있으며, 처리가스는 플라즈마 방전극(24a)(24b)과 광촉매 필터(25) 사이로 유입되어 흐르다가 광촉매 필터(25)를 통과하여 반대편 플라즈마 방전극(24a)(24b)과 광촉매 필터(25) 사이로 빠져나가는 구조로 되어있으며, 이 과정에서 처리 가스 중에 포함된 유해가스들의 대부분을 저온 플라즈마와 광촉매를 이용하여 분해 제거하게 된다.
플라즈마 방전극(24a)(24b)은 평판의 형상으로써 광촉매 필터(25)를 사이에 두고 일정한 간격을 유지한 채 처리가스의 주유동 방향과 평행하게 설치되어 있으며, 플라즈마 전원장치(60)로부터 고전압의 교류나 펄스를 공급받아 플라즈마 방전극(24a)(24b) 사이에 저온 플라즈마와 플라즈마 광이 발생하게 만드는 장치로서, 플라즈마 방전극(24a)(24b)에서 발생된 높은 에너지의 저온 플라즈마와 오존은 유해가스를 분해하는 작용을 하며, 발생된 플라즈마 광은 광촉매 필터(25)에 도포된 광촉매를 활성화 시켜 광촉매에 의한 유해가스 분해를 돕게 된다.
상기된 플라즈마 방전극(24a)(24b)의 형태는 도 6 에 도시된 베리어 방전극(70), 금속망 방전극 또는 도 7 에 도시된 바와 같이 침(71)이 형성된 침상 방전극(75)이 될 수 있다.
베리어 방전극(70)은 도 6 에 도시된 바와 같이 얇은 금속판 전극(72)의 양면에 절연 유전체(71)를 부착하여 금속판 전극(72)에 고전압 교류나 펄스를 인가할 때 절연 유전체(71)의 표면에 유도 하전이 되도록 하는 것이며, 상기된 절연 유전체(71)는 세라믹이나 운모 등으로 구성된다.
본 발명의 광촉매 필터(25)는 일정한 두께를 가지는 평판 형태의 필터로 광촉매가 첨가되어 있고 평판 면을 처리가스가 통과할 수 있는 구조로 된 것이며, 이들은 플라즈마 방전극(24a)(24b) 사이에 다단으로 설치되어 플라즈마 방전극(24a)(24b)에 의해 발생된 플라즈마 광에 의해 활성화되며, 처리가스가 광촉매 필터(25)를 통과하는 동안 유해가스를 분해 제거하는 역할을 한다.
광촉매 필터(25)로는 도 8 에 도시된 바와 같은 허니컴 광촉매 필터(80), 도 9 에 도시된 바와 같이 허니컴 광촉매 필터(80)사이에 금속망 전극(82)이 삽입된 허니컴 광촉매 필터(81), 도 10 에 도시된 바와 같은 금속망(83a)으로 이루어진 금속망 광촉매 필터(83), 도 11 에 도시된 바와 같은 금속와이어(84a)로 이루어진 금속 와이어 뭉치 광촉매 필터(84), 또는 섬유상 광촉매 필터 등을 사용할 수 있다.
상기된 허니컴 광촉매 필터(80)는 허니컴(80a)에 광촉매를 코팅하거나 광촉매를 허니컴(80a) 모양으로 제작한 것을 사용하게 되는 것으로, 허니컴 광촉매 필터(81)는 허니컴 광촉매 필터(80) 사이에 금속망 전극(82)을 삽입하고 플라즈마 방전극(24a)(24b)과 금속망 전극(82) 사이에 고전압 교류나 펄스를 인가하게 된다.
그리고 금속망 광촉매 필터(83)는 도 10 에 나타낸 것과 같이 금속망(83a)에 광촉매를 코팅하고 이것을 여러 장 겹쳐 놓은 것이고, 금속 와이어 뭉치 광촉매 필터(84)는 도 11 에 나타난 것과 같이 광촉매가 코팅된 금속 와이어(84a)를 불규칙하게 뭉쳐 놓은 필터이며, 섬유상 광촉매 필터는 난연성 섬유 필터에 광촉매를 코팅한 것이다.
본 발명의 절연 칸막이(26)는 도 4 또는 도 5 와 같이 광촉매 필터(25)와 플라즈마 방전극(24a)(24b)의 한쪽에 걸쳐 설치되어 처리가스가 반드시 광촉매 필터(25)를 통과하여 빠져나가도록 하는 작용을 하며, 플라즈마 전원 장치(60)는 고전압 교류나 펄스를 발생시켜, 이를 플라즈마 방전극(24a)(24b)이나 금속망 전극(82)에 공급하도록 한다.
본 발명은 처리가스를 플라즈마 방전극을 직접 통과시키지 않고 처리가스의 주유동 방향과 평행하게 설치된 판형 플라즈마 방전극과 광촉매 필터 사이로 처리가스를 통과시킴으로써 유동에 의한 압력 손실을 최소화시킬 수 있다.
그리고 처리가스가 플라즈마 방전극을 통과할 필요가 없어 다양한 종류의 플라즈마 전극을 채용할 수 있고, 이에 따라 강한 에너지의 플라즈마와 플라즈마 광의 발생이 가능하여 , 플라즈마에 의한 유해가스 처리 효과를 높일 수 있고, 광촉매 필터의 광촉매 활성도를 높일 수 있다.
또한 플라즈마 방전극의 방전면과 평행하게 광촉매 필터의 흡입면을 배열하여, 플라즈마 방전극과 광촉매 필터 사이의 간격과 광촉매 필터의 두께를 조절하여 플라즈마와 광촉매의 효과를 적절하게 조절할 수 있으며, 플라즈마 방전극의 방전면과 광촉매 필터의 흡입면의 면적을 쉽게 늘일 수 있어 유해가스 처리에 필요한 체류시간을 충분히 확보할 수 있는 것이다.
도 1 은 본 발명 유해가스 처리장치의 개략도
도 2 는 플라즈마를 이용한 종전의 유해가스 반응기 설명도
도 3 은 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 종전의 유해가스 반응기 설명도
도 4 는 본 발명의 실시예인 플라즈마 광촉매 반응기 설명도
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시예인 플라즈마 광촉매 반응기 설명도
도 6 은 본 발명의 실시예인 베리어 방전극 구조도
도 7 은 본 발명의 실시예인 침상 방전극 구조도
도 8 은 본 발명의 실시예인 허니컴 광촉매 필터 구성도
도 9 는 본 발명의 실시예인 금속망이 삽입된 허니컴 광촉매 필터 구성도
도 10 은 본 발명의 실시예인 금속망 광촉매 필터 구성도
도 11 은 본 발명의 실시예인 금속 와이어 광촉매 필터 구성도
[도면의 주요 부분에 대한 기호 설명]
10 : 예비 집진 필터 20 : 유해가스 반응기
21 : 평행 방전판 반응기 22 : 종전의 플라즈마 광촉매 반응기
24a,24b : 플라즈마 방전극 25 : 광촉매 필터
26 : 절연 칸막이 30 : 집진 필터
40 : 촉매 필터 50 : 팬
60 : 플라즈마 전원장치 70 : 배리어 방전극
71 : 절연 유전체 72 : 금속판 전극
75 : 침상 방전극 80 : 허니컴 광촉매 필터
81 : 전극이 삽입된 허니컴 광촉매 필터
82 : 금속망 전극 83 : 금속망 광촉매 필터
84 : 금속 와이어 뭉치 광촉매 필터
Claims (10)
- 삭제
- 처리가스 중에 포함될 수 있는 입자상 불순물을 미리 제거하여 장치의 오염을 방지하는 예비 집진필터(10)와, 상기 예비 집진 필터(10)를 통과한 처리가스에 포함된 유해가스를 제거 처리하는 플라즈마 광촉매 반응기(20)와, 플라즈마 광촉매 반응기(20)에 고전압 전원을 공급하는 플라즈마 전원장치(60)와, 상기 광촉매 반응기(20)의 유해가스 처리 과정에서 발생된 입자상 물질을 제거하는 집진장치(30)와,상기 플라즈마 광촉매 반응기(20)로부터 발생된 오존과 미 처리된 유해가스를 최종 처리하는 촉매 필터(40)와, 상기된 처리가스를 유해가스 처리장치 내로 흡입시키는 팬(50)을 구비한 플라즈마와 광촉매를 이용한 유해가스처리 장치에 있어서, 상기 플라즈마 광촉매 반응기(20)는 처리가스의 주유동 방향으로 설치된 플라즈마 방전극(24a)(24b)과, 플라즈마 방전극(24a)(24b)사이에 삽입되는 광촉매 필터(25)와, 상기 플라즈마 방전극(24a)(24b)과 광촉매 필터(25)사이를 막아 처리가스가 광촉매 필터(25)를 통과하게 유도하는 절연 칸막이(26)를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 처리가스 중에 포함될 수 있는 입자상 불순물을 미리 제거하여 장치의 오염을 방지하는 예비 집진필터(10)와, 상기 예비 집진 필터(10)를 통과한 처리가스에 포함된 유해가스를 제거 처리하는 플라즈마 광촉매 반응기(20)와, 플라즈마 광촉매 반응기(20)에 고전압 전원을 공급하는 플라즈마 전원장치(60)와, 상기 광촉매 반응기(20)의 유해가스 처리 과정에서 발생된 입자상 물질을 제거하는 집진장치(30)와,상기 플라즈마 광촉매 반응기(20)로부터 발생된 오존과 미 처리된 유해가스를 최종 처리하는 촉매 필터(40)와, 상기된 처리가스를 유해가스 처리장치 내로 흡입시키는 팬(50)을 구비한 플라즈마와 광촉매를 이용한 유해가스처리 장치에 있어서, 상기 플라즈마 광촉매 반응기(20)는 처리가스가 플라즈마 방전극(24a)(24b)과 광촉매 필터(25) 사이로 흡입되어 광촉매 필터(25)를 통과하여 반대편 플라즈마 방전극(24a)(24b)와 광촉매 필터(25) 사이로 빠져나게 구성된 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,플라즈마 방전극(24a)(24b)은 절연 유전체(71)사이에 금속판(72)이 삽입된 형태의 베리어 방전극(70)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2항에 있어서,플라즈마 방전극(24a)(24b)은 금속판을 절곡하여 침상의 형태를 포함하는 침상 방전극(75)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2항에 있어서,광촉매 필터(25)는 허니컴에 광촉매를 코팅하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,광촉매 필터(25)는 광촉매를 허니컴 모양으로 제작한 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2항에 있어서,광촉매 필터(25)는 두 개의 허니컴 광촉매 필터(81a)(81b) 사이에 금속망 전극(82)을 삽입한 금속망 전극이 삽입된 허니컴 광촉매 필터(81)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2 항에 있어서,광촉매 필터(25)는 광촉매가 코팅된 금속망을 겹쳐 놓은 금속망 광촉매 필터(83)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
- 제 2항에 있어서,광촉매 필터(25)는 광촉매가 코팅된 금속 와이어를 불규칙하게 뭉쳐 놓은 금속 와이어 뭉치 광촉매 필터(84)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마와 광촉매 필터를 이용한 유해가스 처리장치.
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