KR100794236B1 - 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염물질을 함유하는 배기가스의 처리장치에 있어서,

중앙에 설치된 교반기(3)에 의해 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 오염물질들을 오존(B)으로 처리하여 산화반응시키기 위한 반응챔버(1)와;

상기 반응챔버(1)로부터 유입된 오존처리된 배기가스를 물과 접촉시켜 수용성 오염물질과 분진들을 제거하기 위한 흡수탑(4); 및

상기 흡수탑(4)으로부터 유입된 수용성 오염물질과 분진이 제거된 배기가스를 마이크로파 주사장치(8)의 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층(9)을 통과시키면서 고온에서 연소시키기 위한 연소기(10);

로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치에 관한 것이다.

상기의 구성을 갖는 본 발명은 오염물질이 함유된 배기가스를 최종적으로 대기에 방출시키기 이전에 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열되는 탄화규소 발열체 층을 통과시켜 1,400~1,500℃의 고온에서 배기가스를 연소시켜 오염물질들을 최대한 제거할 수 있을 뿐만 아니라 적은 에너지를 이용하여 마이크로파 주사에 의해 순간적으로 고온까지 발열시킨 탄화규소 발열체를 이용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있고, 또한 코로나 방전에 의해 발생시킨 오존을 이용하여 배기가스에 함유되어 있는 오염물질들을 산화처리한 후 물에 흡수시켜 수용성 오염물질을 제거시킨 배기가스를 탄화규소 발열체 층에 통과시켜 연소시킴으로써, 배기가스 중에 함유되어 있는 오염물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 것이 장점이다.

에너지, 절감형, 배기가스, 처리장치, 오존, 교반기, 반응챔버, 수용성, 오염물질, 흡수탑, 마이크로파 주사장치, 탄화규소, 발열체, 연소기

Description

마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치{Exahaust gas processing device for Energy Efficient using of Microwave electric heating element}

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 설명하기 위해 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치의 흡수탑 내에 분무장치가 설치된 상태를 나타낸 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 반응 챔버 2 : 코로나 방전기

3 : 교반기 4, 4a 내지 4f : 흡수탑

5, 6, 7 : 배수구 8 : 마이크로파 주사장치

9 : 발열체 층 10 : 연소기

11 : 분무장치

본 발명은 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염물질을 함유한 배기가스를 먼저 오존으로 처리하여 배기가스 내에 함유된 오염물질들을 산화시킨 후 이 오존 처리된 배기가스를 물과 접촉시켜 배기가스에 함유되어 있는 분진 또는 수용성 오염물질들을 물에 흡수시켜 제거한 다음 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 배기가스를 연소처리함으로써, 에너지의 효율을 높일 수 있고, 또한 오염물질의 제거효율이 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치에 관한 것이다.

현대 사회는 산업의 발달과 함께 대도시 또는 공단 등의 지역에는 심각한 대기 오염이 발생되고 있다. 이러한 대기오염의 발생 원인은 연료의 연소에 의한 대기 오염과 각 산업체에서 제품의 제조, 가공 등 산업공정에서 발생되는 대기 오염이 주류를 이루고 있다. 연료의 연소에 의해서 발생하는 배기가스에는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 분진 등이 있으며 그리고 산업공정에서 발생하는 배기가스에는 산업의 종류, 제조, 방법, 원료, 제품 등에 따라 매우 다양한 것이 특징이다.

상기와 같이 오염물질들을 함유하고 있는 배기가스를 정화시키기 위한 방안 으로 많은 연구들이 활발히 진행되고 있고, 또 그 결과로 다양한 방법의 배기가스 처리 기술들이 개발되어 특허 출원되고 있다. 이와 같이 출원된 특허들의 대표적인 예들을 살펴보면, 대한민국 특허공보 특1993-1526호(1993. 3. 2 공고)의 덕트 내에 흡착제를 공급하여 오일 미스트, 악취, 유기용제 등과 같은 오염물질을 흡착시켜 배기가스를 정화시키는 것에 관한 기술과 대한민국 특허공보 제96-6540호(1996. 5. 17 공고)의 배기가스 정화장치 내의 사이클론의 구조를 변화시켜 분진 등과 같은 오염물질을 제거하는 방법에 관한 기술과 대한민국 특허공보 특1994-553호(1994. 1. 24 공고)의 플라즈마를 이용하여 대기 중에 방출하면 연소와 폭발 등의 위험성이 있는 유기용제를 제거하기 위한 기술과 대한민국 등록특허공보 10-458808호(2004. 11. 18 등록)와 대한민국 공개특허공보 특1999-47800호(1999. 7. 5 공개)와 같이 플라즈마나 또는 광촉매 등을 이용하여 다이옥신을 제거하는 기술 등과 같이 매우 다양한 기술들이 특허 등록 또는 출원되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 배기가스에 함유되어 있는 다양한 오염물질들을 연소시켜 제거하기 위해서는 배기가스를 1,000℃ 이상의 고온으로 연소시켜야 하기 때문에 많은 양의 에너지를 필요로 할 뿐만 아니라 배출되는 배기가스를 고온에서 충분히 연소시킬 수 없기 때문에 대기 중으로 방출되는 배기가스 중에는 불완전 연소에 의해 오염물질들이 완전 연소되지 않고 배출되어 대기 오염의 원이이 되는 문제점들이 발생될 우려가 있다.

따라서 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 오염물질이 함유된 배기가스를 최종적으로 대기에 방출시키기 이전에 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 1,400~1,500℃의 고온에서 배기가스를 연소시킴으로써, 배기가스 내에 함유되어 있는 오염물질들을 최대한 제거할 수 있을 뿐만 아니라 적은 양의 에너지를 이용하면서도 마이크로파 주사에 의해 순간적으로 고온까지 발열시킬 수 있는 발열체를 이용하기 때문에 에너지 효율을 최대한 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

그리고 본 발명은 코로나 방전에 의해 발생시킨 오존을 이용하여 배기가스 내에 함유되어 있는 악취와 오염물질들을 산화처리하고, 그리고 산화된 오염물질 중에서 수용성 오염물질이나 분진 등을 물과 접촉시켜 제거한 배기가스를 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 1,400~1,500℃의 고온에서 연소시킴으로써, 배기가스 중에 함유되어 있는 오염물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 본 발명은 배기가스를 먼저 오존으 로 처리하여 배기가스 내에 함유된 오염물질들을 산화시킨 후 이 오존 처리한 배기가스를 물과 접촉시켜 배기가스에 함유되어 있는 분진 또는 수용성 오염물질들을 물에 흡수시켜 제거한 다음 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 배기가스를 연소처리하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 특징은 배기가스를 오존산화 처리한 배기가스를 물과 접촉시킨 후후 마이크로파 주사에 의해 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 배기가스를 정화시키는 장치에 관한 것이다.

본 발명에서 사용하는 오존은 불소 다음으로 강력한 산화력을 갖는 화합물로서, 배기가스 처리, 상하수 및 분뇨처리 및 풀장의 살균 등과 같이 다양한 분야에 응용되고 있으며, 탈취 효과도 있는 것으로 알려져 있다. 오존 처리에 의해 배기가스 내에 함유되어 있는 오염물질을 산화시키면, 오존의 분자로부터 높은 산화환원 전위를 갖는 OH^-라디칼(radical)을 생성하게 되고, OH^-라디칼(radical)의 생성은 강알칼리가 될수록 그 농도가 높아지며, 오염물질들의 산화반응속도 또한 빨라지게 된다. 그리고 배기가스 내에 함유되어 있는 악취 물질은 오존의 직접반응 또는 오존의 OH^-라디칼(radical)에 의해 탈취되게 되며, 오염물질이 산인 경우에는 알칼리의 중화반응에 의해 안정된 화합물로 생성되고, 물에 흡수되어 재증발이 억제되어 진다.

그리고 상기에서 오존 산화처리된 배기가스를 흡수탑에서 물과의 접촉을 반복적으로 실시함으로써, 배기가스 내에 함유되어 있는 수용성 오염물질들과 분진을 최대한 물에 흡수시킴으로서 배기가스를 정화시키게 된다. 이와 같은 흡수의 원리는 배기가스를 물과 접촉시켜 배기가스 내에 함유되어 있는 수용성 오염물질들이 물에 흡수되거나 또는 오염물질이 물과 화학적으로 반응하여 변질되는 성질을 이용한 것이다.

이와 같이 상기에서 물과의 접촉을 거친 배기가스는 최종적으로 연돌에서 배출되기 전 마이크로파 주사에 의해 1,400~1,500℃의 고온으로 발열되는 발열체 층을 통과시킴으로써 고온에서 연소되기 때문에 배기가스 중에 함유되어 있는 각종 오염물질들을 최대한 연소시키게 된다. 상기 마이크로파 주사에 의한 발열은 소량의 에너지를 사용하고도 고온의 열을 발생시킬 수 있으므로 에너지의 효율을 최대한 높일 수 있는 효과와 함께 최종적으로 대기로 배출되는 배기가스를 마이크로파 가열에 의해 살균 및 탈취를 시키는 효과를 동시에 갖는다.

상기 마이크로파 가열은 피가공물 분자 중의 쌍극자나 이온 등을 진동 회전시켜 그 내부를 발열시킴으로 인하여 살균 효과 뿐만 아니라 고주파 전계로 인한 살균 탈취효과가 있는 것으로 알려져 있다.

이하 본 발명에 따른 구성을 첨부된 도면 1을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 설명하기 위해 나타낸 도면에 관한 것으로 본 발명은 오염물질이 함유된 배기가스의 처리장치에 있어서,

내부의 중앙에 설치된 교반기(3)에 의해 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 오염물질들을 오존(B)으로 처리하여 산화반응시키기 위한 반응챔버(1)와;

상기 반응챔버(1)로부터 유입된 오존처리된 배기가스를 물과 접촉시켜 수용성 오염물질과 분진들을 제거하기 위한 흡수탑(4); 및

상기 흡수탑(4)로부터 유입된 수용성 오염물질과 분진이 제거된 배기가스를 마이크로파 주사장치(8)의 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층(9)을 통과시키면서 고온에서 연소시키기 위한 연소기(10);

로 이루어진 것을 특징으로 한다.

일반적으로 대기로 배출되는 배기가스는 많은 오염물질들을 함유하고 있으며, 이러한 배기가스는 연료의 연소에 의해서 발생하는 배기가스가 주로 황산화물, 질소산화물, 일산화탄소, 분진 등의 오염물질들을 함유하고 있으며 그리고 산업체에서 발생하는 배기가스가 각 산업체의 특성에 따라 매우 다양한 오염물질들을 함 유하고 있다.

상기와 같은 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 다양한 오염물질들은 반응 챔버(1) 내에서 오존을 이용하여 산화시키면 오존의 강한 산화력에 의해 배기가스 내에 함유되어 있는 오염물질들이 산화되며, 또한 배기가스 내에 함유되어 있는 악취도 산화시켜 탈취 효과를 나타내기도 한다. 이때 오존에 의한 오염물질들의 산화반응을 촉진시키기 위하여 반응 챔버(1) 내의 중앙에 설치된 교반기(3)를 이용하여 교반시키게 되면 오존에 의해 배기가스 내에 함유되어 있는 오염물질의 산화반응이 더욱 활발하게 진행된다.

그리고 본 발명에서 상기 반응 챔버(1) 내에서 배기가스 내에 함유된 오염물질들과 반응시키기 위해 사용하는 오존은 코로나 방전기(2)를 이용하여 발생시키게 되며, 상기 코로나 방전기(2)로부터 발생된 오존은 반응 챔버(1)의 상부로 공급시켜 배기가스와 접촉시키게 된다.

이와 같이 상기 반응 챔버(1) 내에서 오존처리된 배기가스는 제1 흡수탑(4a)의 상부 통로로 유입되어 제1 흡수탑(4a)의 하부 통로를 거쳐 제2 흡수탑(4b)으로 유입되고, 제2 흡수탑(4b)에 유입된 배기가스는 다시 제2 흡수탑(4b)의 상부 통로를 거쳐 제3흡수탑(4c)으로 유입되는 과정과 같은 과정을 반복하여 제6흡수탑(4f)까지 거치면서 물과의 접촉이 반복됨으로써 배기가스 내에 함유되어 있는 각종 수 용성 오염물질과 분진들을 제거시키기 때문에 배기가스 내에 함유되어 있는 각종 수용성 오염물질들의 제거 효율이 높아지게 된다. 그리고 수용성 오염물질과 분진 등을 흡수한 물은 배수구(5), (6), (7)을 통해 외부로 유출시켜 따로 폐수처리를 하면 된다.

상기에서 흡수탑(4)은 반드시 상기에 기재된 개수의 흡수탑에만 한정하는 것이 아니고, 필요에 따라서 상기 흡수탑(4)의 설치개수는 조정되어 질 수 있다.

그리고 상기 흡수탑(4) 내에서 배기가스와 물을 접촉시키는 방법으로는 두 가지 타입의 형태가 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 흡수탑(4) 내부의 상부에 분무장치가 설치되어 있지 아니한 형태로써, 흡수탑(4)의 바닥면으로부터 일정 높이까지 물을 저장시켜 그 물속으로 배기가스를 통과시키면서 배기가스 중에 함유되어 있는 수용성 오염물질과 분진들이 물에 흡수되는 형태이며, 또 다른 방법의 예로는 상기 흡수탑(4) 내부의 상부에 분무장치(11)를 설치한 형태로써, 배기가스 중에 물을 분무하여 배기가스와 접촉시킴으로써 배기가스 중에 함유되어 있는 수용성 오염물질과 분진들이 물에 흡수되게 하는 방법의 형태이다. 그리고 상기 흡수탑(4) 내부의 상부에 설치하는 분무장치(11)의 개수는 반드시 특정개수를 정하여 한정하는 것이 아니고 그 개수는 필요에 따라 조정되어 질 수 있다.

상기 흡수탑(4)에서 수용성 오염물질과 분진들이 제거된 배기가스는 연소기(10) 내부에서 마이크로파 주사장치(8)의 주사에 의해 발열하는 발열체 층(9)을 통과시키면서 배기가스 내에 남아있는 오염물질들을 1,400~1,500℃의 고온에서 충분히 연소시킴으로써, 가능한 배기가스 내에 함유되어 있는 오염물질들의 제거 효율을 최대한 높이게 된다.

본 발명에서 사용하는 발열체 층(9)의 발열체는 탄화규소 발열체를 사용하는 것이 바람직하며, 이 탄화규소 발열체에 마이크로파를 주사하게 되면 수 분 내에 1,400~1,500℃의 고온까지 발열되기 때문에 소량의 에너지를 사용하고서도 고온에서 연소시키는 효과를 가져오기 때문에 에너지를 대폭 절감시키는 효과를 가져 올 수가 있다.

그리고 본 발명에서 사용하는 발열체 층(9)의 발열체는 반드시 상기 탄화규소 발열체로만 한정하는 것이 아니라 필요에 따라서는 탄화규소를 적정량 함유시킨 세라믹 발열체 조성물이나 흑연, 알루미늄 등과 같이 마이크로파 주사에 의해 발열하는 무기계 화합물이 혼합된 발열체 조성물은 모두 사용이 가능하다.

상기의 구성을 갖는 본 발명은 오염물질이 함유된 배기가스를 최종적으로 대기에 방출시키기 이전에 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열시킨 탄화규소 발열체 층을 통과시켜 1,400~1,500℃의 고온에서 배기가스를 연소시켜 오염물질들을 최대한 제거할 수 있을 뿐만 아니라 적은 양의 에너지를 사용하여 마이크로파 주사에 의해 순간적으로 고온까지 발열시킨 탄화규소 발열체를 이용함으로써 에너지 효율 을 높일 수 있고, 또한 코로나 방전에 의해 발생시킨 오존을 이용하여 배기가스에 함유되어 있는 오염물질들을 산화처리하고, 이 산화된 오염물질 중에서 수용성 오염물질이나 분진 등을 물과 접촉시켜 제거한 배기가스를 탄화규소 발열체 층을 통과시켜 고온에서 연소시킴으로써, 배기가스 중에 함유되어 있는 오염물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 것이 장점이다.

Claims (4)

1. 오염물질을 함유하는 배기가스의 처리장치에 있어서,

   중앙에 설치된 교반기(3)에 의해 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 오염물질들을 코로나 방전기(2)를 이용하여 발생시킨 오존(B)으로 처리하여 산화반응시키기 위한 반응챔버(1)와;

   상기 반응챔버(1)로부터 유입된 오존처리된 배기가스를 물과 접촉시켜 수용성 오염물질과 분진들을 제거하기 위한 흡수탑(4); 및

   상기 흡수탑(4)으로부터 유입된 수용성 오염물질과 분진이 제거된 배기가스를 마이크로파 주사장치(10)의 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층(9)을 통과시키면서 고온에서 연소시키기 위한 연소기(10);

   로 이루어지고,

   상기 발열체 층(9)의 발열체는 탄화규소 발열체로서, 마이크로파를 주사하면 1,400~1,500℃의 고온까지 발열되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡수탑(4)은 그 내부의 상부에 분무장치(11)를 설치한 것을 특징으로 하는 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치.
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4. 삭제

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