KR100765118B1 - 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치 - Google Patents

저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온산화촉매를 이용하여 일산화탄소를 제거하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시켜 제거하는 장치에 있어서, 전,후면에 흡입구(21)과 배출구(22)가 각각 관통형성된 본체하우징(10)와,상기 흡입구(21)에 장착된 먼지필터(11)를 통과한 외기를 상기 본체하우징(10)내로 강제 유입시키는 흡기모터(12)와, 상기 본체하우징(10)내로 유입된 외기의 유로를 길게 연장하면서 예열시키도록 상기 본체하우징(10)의 예열챔버(10a)에 장착되는 복수개의 가열판(13)과 상기 가열판(13)을 통과하면서 예열된 외기의 산소와 반응하여 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 촉매가 외부면에 코팅되어 상기 예열챔버 (10a)의 수직격벽(32)으로 분할된 촉매챔버(10b)에 복수개 장착되는 하니컴(14)과, 상기 배출구(22)를 통하여 배기되는 외기의 온도를 검출하는 열전대(23)와 외기에 포함된 일산화탄소의 농도를 검출하는 가스농도센서(24)와 전기적으로 연결되는 제어기(15)를 포함하여, 하니컴에 코팅한 PdCl2-CuCl2-Cu(NO3)2촉매를 사용하여 30~80℃의 저온에서 유독한 일산화탄소를 무해한 이산화탄소로 전환시켜 제거한다.
저온산화촉매, 흡기모터, 가열판, 하니컴, 열전대

Description

저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치{AN APPARATUS FOR REMOVING OF CO USING LOW TEMPERATURE ACTIVE CATALYST}
도 1은 본 발명에 따른 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 저온산화촉배를 이용한 일산화탄소 제거장치를 도시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 .... 하우징 10a ... 예열챔버
10b ... 촉매챔버 11 .... 먼지필터
12 .... 흡기모터 13 .... 가열판
14 .... 하니컴 15 .... 제어기
21 .... 흡입구 22 .... 배출구
23 .... 열전대 24 .... 가스농도센서
본 발명은 저온산화촉매를 이용하여 일산화탄소를 제거하는 장치에 관한 것 으로, 보다 상세히는 하니컴(honey comb)에 코팅한 PdCl2-CuCl2-Cu(NO3) 2 촉매를 사용하여 30~80℃의 저온에서 유독한 일산화탄소를 무해한 이산화탄소로 전환시켜 제거할수 있는 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철소의 전기로 작업장이나 지하주차장등에서는 일산화탄소가 발생하여 축적되기 쉬운장소이며, 이러한 일산화탄소는 인체에 매우 해로운 맹독성가스이기 때문에, 일산화탄소가 유발되는 장소로부터 배가스를 외부로 배기하기전에 배가스에 포함된 일산화탄소를 반드시 제거해야만 한다.
그리고, 이러한 일산화탄소를 제거하기 위한 촉매로는 Pt, Pd 등의 귀금속이 활성이 높은 것으로 알려져 있으며, 유럽 특허 제408528호에 따르면 Pt를 SnO2에 담지시킨 촉매를 이용하여 약 15O℃에서 일산화탄소를 완전히 제거하고 있으며, 구소련특허 SU1695979호에서는 Pd를 Al2O3에 담지한 촉매를 사용하여 110 내지 160℃에서 일산화탄소를 제거하였다.
그러나, 이러한 귀금속촉매는 일산화탄소를 제거하는 제거능이 매우 뛰어난 반면에 100℃이상의 반응온도가 필요하기 때문에, 이를 채용하여 일산화탄소를 제거하는 장치를 제작하고자 경우, 처리하고자 하는 배가스의 예열, 반응후 배가스를 냉각하는데 필요한 에너지가 과다하게 소요되고, 이로 인하여 설비가 대형화되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것 으로서, 그 목적은 저온에서 일산화탄소를 효율적으로 이산화탄소로 전환시켜 제거할 수 있어 구조가 간단하고, 에너지 효율성이 높은 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은
일산화탄소를 이산화탄소로 변환시켜 제거하는 장치에 있어서,
전,후면에 흡입구과 배출구가 각각 관통형성된 본체하우징와,
상기 흡입구에 장착된 먼지필터를 통과한 외기를 상기 본체하우징내로 강제 유입시키는 흡기모터와,
상기 본체하우징내로 유입된 외기의 유로를 길게 연장하면서 예열시키도록 상기 본체하우징의 예열챔버에 장착되는 복수개의 가열판과
상기 가열판을 통과하면서 예열된 외기의 산소와 반응하여 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 촉매가 외부면에 코팅되어 상기 예열챔버의 수직격벽으로 분할된 촉매챔버에 복수개 장착되는 하니컴과,
상기 배출구를 통하여 배기되는 외기의 온도를 검출하는 열전대와 외기에 포함된 일산화탄소의 농도를 검출하는 가스농도센서와 전기적으로 연결되는 제어기를 포함함을 특징으로 하는 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치를 도시 한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치를 도시한 사시도이다.
본 발명의 장치(1)는 도 1과 2에 도시한 바와같이, 일산화탄소를 포함하는 외기를 저온산화촉매와 반응시켜 설비구성이 간단한 저온분위기에서 맹독성 일산화탄소를 인체에 무해한 이산화탄소로 전환시켜 제거하는 것으로써, 이러한 장치(1)는 본체하우징(10), 먼지필터(11), 흡기모터(12), 가열판(13), 하니컴(14), 제어기(15)등으로 구성된다.
즉, 상기 본체하우징(10)은 제거하고자 하는 일산화탄소가 포함된 외기가 유입되는 흡입구(21)가 전면 상부측에 관통형성되고, 촉매반응된 외기가 외부로 배출되는 배출구(22)가 후면 상부측에 관통형성된 수용부재이며, 이러한 본체하우징(10)은 수직격벽과 수벽격벽에 의해서 예열챔버(10a)와 촉매챔버(10b)로 구성되는 수용부재로서, 일산화탄소가 발생되기 쉬운 지하주차장이나 전기로 작업장에서 공기를 순환시키는 공기순환부에 설치된다.
그리고, 상기 흡기모터(12)는 상기 흡입구(21)의 후면에 교체가능하게 장착되는 먼지필터(11)를 통과하면서 이물질이 1차로 제거된 외기만을 상기 본체하우징(10)의 예열챔버(10a)내로 강제 유입시키는 흡입력을 발생시키는 동력원이며, 상기 흡기모터(12)는 상기 제어기(15)와도 전기적으로 연결되어 상기 제어기(15)의 온/오프 신호에 의해서 외부전원이 공급되어 흡입력을 발생시킨다.
여기서, 상기 흡기모터(12)는 상기 예열챔버(10a)에 갖추어지는 수평격벽(31)상에 고정설치되며, 상기 수평격벽(31)과 수직격벽(32)사이에는 상기 흡기모터(12)에 의해서 강제흡입되는 외기를 하부로 안내유도할 수 있는 통로를 관통형성하거나 통로를 형성할 수 있도록 서로 접하지 않도록 한다.
또한, 상기 가열판(13)은 상기 본체하우징(10)의 예열챔버(10a)내로 유입된 외기의 유로를 길게 'Ｓ'형태로 연장하면서 촉매반응이 최적의 조건에서 원활하게 이루어질 수 있도록 30 내지 80℃로 외기를 예열시키는 가열부재로서, 이러한 가열판(13)은 외기와의 면접촉을 넓힐 수 있도록 지그재그단면상으로 굴곡형성되며, 강제유입된 외기의 유로를 'Ｓ'자형태로 안내유도할 수 있도록 상기 본체하우징(10)의 수직격벽(32)과 전방내측면에 선,후단이 각각 교대로 고정되고, 상하 적층구조로 갖추어진다.
여기서, 상기 가열판(13)의 몸체에는 전원인가시 발열반응을 하는 니크롬선이 내장되어 있으며, 상기 흡기모터(12)를 구동시키도록 외부전원을 공급하는 동력원과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 니크롬선으로 공급되는 전류량을 조절하여 발열온도를 조절할수 있다.
또한, 상기 하니컴(14)은 본체하우징(10)의 예열챔버(10a)내에 설치된 가열판(13)을 통과하면서 일정온도로 예열된 외기가 유도유입되도록 상기 예열챔버(1b)와 수직격벽(32)을 매개로 하여 분할되는 촉매챔버(10b)내에 다단으로 복수개 갖추어지는 반응부재로서, 이러한 하니컴(14)은 상기 예열챔버(10a)를 통과한 외기에 포함된 산소와 반응하여 상기 외기에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 저온산화촉매가 내,외부면에 코팅되어 있다.
여기서, 상기 하니컴(14)에는 저온 30 내지 80℃ 의 저온분위기에서도 활성 이 뛰어나 공기중에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시킬수 있는 PdCl2-CuCl2-Cu(NO3)2의 저온산화촉매제가 코팅되는 것이 바람직하며, 이러한 저온촉매제는 대한민국 특허등록 제270084호에 개시되어 있다.
그리고, 상기 하니컴(14)은 상기 가열판(13)과 마찬가지로 예열된 외기를 촉매챔버(10b)내에서 'Ｓ'자형태로 길게 유도하면서 촉매반응을 원활하게 수행할 수 있도록 상기 수직격벽(32)과 후방내측면상에 선,후단이 교대로 고정되는 또다른 수평격벽(33)(34)상에 설치된다.
한편, 상기 하니컴(14)을 통과하면서 촉매반응되면서 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시킨 외기가 외부로 배출되는 상기 본체하우징(10)의 배출구(22)에는 배기되는 외기의 온도를 측정하는 열전대(23)와, 상기 외기에 포함된 일산화탄소의 농도를 측정하는 가스농도센서(24)를 갖추어 구성하고, 상기 열전대(23)와 가스농도센서(24)는 상기 흡기모터(12)의 구동을 제어하고, 상기 가열판(13)의 발열작동을 제어하는 제어기(15)와 전기적으로 연결구성된다.
이에 따라, 상기 본체하우징의 배출구(22)를 통하여 배출되는 외기의 온도가 촉매반응에 적합한 기준온도 30 내지 80℃ 보다 높거나 낮으면, 상기 가열판측으로 공급되는 전류공급량을 조절하여 상기 예열챔버에서의 예열온도를 조절하는 한편, 상기 배출되는 외기에 포함된 일산화탄소의 농도가 기준농도보다도 높을 경우에는 상기 제어기에서 부저를 울리거나 경광등을 점등시켜 주변의 작업자에게 위험을 알리도록 한다.
상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
먼저, 본 발명의 장치(1)를 일산화탄소가 발생되어 축적되기 쉬운 전기로, 지하주차장에서 내부공기를 순환시키는 순환설비에 설치한 상태에서, 본체하우징(10)내에 수용된 흡기모터(12)측으로 제어기(15)를 통하여 외부전원을 공급하여 흡입력을 발생시키면, 먼지, 일산화탄소을 포함하는 외기는 상기 본체하우징(10)의 흡입구(12)를 통하여 내부유입된다.
이때, 상기 흡입구(12)에는 먼지필터(11)가 장착되어 있기 때문에 외기에 포함된 먼지등과 같은 이물질은 1차로 여과되어 상기 본체하우징(10)의 예열챔버(10a)내로 유입된다.
이어서, 상기 예열챔버(10a)내로 유입된 외기는 최적의 촉매반응조건을 유지하기 위해 상하 다단구조로 고정설치된 복수개 가열판(13)의 표면과 접하여 통과하면서 예열과정을 거치게 되는데, 상기 가열판(13)은 제어기를 통하여 이미 전류가 공급되어 발열되어 있는 상태이기 때문에, 상기 가열판(13)사이를 'Ｓ'자형태로 길게 흐르면서 상기 외기는 저온산화촉매와의 촉매반응을 원활하게 수행할수있도록 30 내지80℃ 로 예열된다.
상기와 같이, 상기 예열챔버(10a)에 배치된 복수개의 가열판(13)의 표면과 접하면서 예열된 외기는 연속하여 유일통로인 촉매챔버(10b)내로 유도되어 상기 촉매챔버(10b)내에 상하다단으로 설치된 하니컴(14)을 통과하게 되는데, 이때, 상기 하니컴(14)에는 저온 30 내지 80℃ 의 저온분위기에서도 활성이 뛰어난 PdCl2- CuCl2-Cu(NO3)2의 저온산화촉매제가 코팅되어 있기 때문에, 상기 촉매에 의해서 외기중에 포함된 일산화탄소는 외기중에 포함된 산소와 반응하여 이산화탄소로 전환되어 맹독성 가스인 일산화탄소를 제거하거나 현저히 줄일수 있는 것이다.
한편, 상기 촉매챔버를 통과하면서 일산화탄소가 제거된 외기는 상기 본체하우징(10)의 배출구(22)를 통하여 최종 배출되는데, 상기 배출구(22)에는 외기온도를 측정하는 열전대(23)가 설치되어 수시로 외기온도를 측정하고, 측정된 온도값은 상기 제어기(15)로 전송된다.
이때, 상기 제어기(15)에서는 측정된 온도값이 저온산화촉매에 의한 촉매반응조건에 부적합한 기준온도, 30 내지 80℃ 보다 높으면, 상기 가열판(13)에서의 발열온도를 낮추도록 전류공급량을 줄이고, 상기 기준온도보다 낮으면, 상기 가열판에서의 발열온도를 높이도록 전류공급량을 늘리도록 제어하는 신호를 전송함에 따라, 상기 예열챔버(10a)내의 온도를 항상 저온촉매반응에 적합한 최적의 조건으로 유지할수 있는 것이다.
또한, 상기 배출구(22)에는 상기 외기에 포함된 일산화탄소의 농도를 수시로 측정하는 가스농도센서(24)가 설치되어 있고, 측정된 일산화탄소의 농도값은 상기 제어기(15)로 전송된다. 이에 따라, 상기 배출구(22)를 통하여 배기되는 외기의 일산화탄소 농도가 기준농도(환경기준 1시간 평균 25ppm, 8시간 평균 9ppm)보다 높으면, 상기 제어기(15)에서는 부저를 울려 경고음을 울리거나 경광등을 점등시켜 주변의 작업자에게 위험을 알리도록 제어신호를 발생시킨다.
<실시예>
본체하우징(10)의 가열판(13)에 의해서 예열챔버(10a)의 반응온도(출구온도)를 30℃로 유지한 상태에서 상기 본체하우징(10)의 흡입구(21)를 통하여 1000ppm의 일산화탄소를 함유한 외기를 흡기모터의 흡입력에 의해서 상기 예열챔버(10a)내로 3,000(L/kg-cat/hr)로 공급하고, 촉매챔버에서 저온산화촉매로서 촉매반응시켜 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시킬 경우, 상기 본체하우징(10)의 배출구에 장착된 가스농도센서(24)에서 측정되는 일산화탄소의 농도가 5ppm이하로 현저히 떨어짐을 알수 있었다. 이때, 일산화탄소의 농도를 검출하는 환경기준은 1시간평균 25ppm, 8시간 평균 9ppm 이었다.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 일산화탄소를 포함하는 외기를 30 내지 80℃의 낮은 반응온도로 예열시킨 다음, 저온산화촉매로서 일산화탄소를 이산화탄소로서 제거하여 배기함으로써, 처리하고자하는 외기의 예열과 촉매반응후 외기의 냉각에 필요한 에너지를 대폭 경감시킬 수 있어 설비유지비를 줄일 수 있고, 종래에 비하여 부피를 줄여 제작 및 설비운영이 간편해지는 효과가 얻어진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

  1. 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시켜 제거하는 장치에 있어서,
    전,후면에 흡입구(21)과 배출구(22)가 각각 관통형성된 본체하우징(10)와,
    상기 흡입구(21)에 장착된 먼지필터(11)를 통과한 외기를 상기 본체하우징(10)내로 강제 유입시키는 흡기모터(12)와,
    상기 본체하우징(10)내로 유입된 외기의 유로를 길게 연장하면서 예열시키도록 상기 본체하우징(10)의 예열챔버(10a)에 장착되는 복수개의 가열판(13)과
    상기 가열판(13)을 통과하면서 예열된 외기의 산소와 반응하여 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 촉매가 외부면에 코팅되어 상기 예열챔버(10a)의 수직격벽(32)으로 분할된 촉매챔버(10b)에 복수개 장착되는 하니컴(14)과,
    상기 배출구(22)를 통하여 배기되는 외기의 온도를 검출하는 열전대(23)와 외기에 포함된 일산화탄소의 농도를 검출하는 가스농도센서(24)와 전기적으로 연결되는 제어기(15)를 포함함을 특징으로 하는 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가열판(13)은 외기와의 면접촉을 넓힐 수 있도록 요철단면상으로 굴곡형성되며, 강제유입된 외기의 유로를 'Ｓ'자형태로 안내유도할 수 있도록 상기 본체하우징(10)의 수직격벽(32)과 전방내측면에 선,후단이 각각 교대로 고정되고, 상 하 적층구조로 갖추어짐을 특징으로 하는 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 예열챔버(10a)는 30 ~ 80℃를 유지하도록 제어기(15)에 의해서 조절됨을 특징으로 하는 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하니컴(14)은 PdCl2-CuCl2-Cu(NO3)2촉매제가 내,외부면에 코팅됨을 특징으로 하는 저온산화촉매를 이용한 일산화탄소 제거장치.
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