KR100794238B1 - 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치 - Google Patents

플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염물질이 함유된 배기가스의 처리장치에 있어서,
내부의 중앙에 설치된 교반기(3)에 의해 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 오염물질들을 산소 또는 오존(B)으로 처리하여 산화반응시키기 위한 반응챔버(1)와;
상기 반응챔버(1)로부터 유입된 오존처리된 배기가스를 플라즈마 자외선에 의해 형성된 플라즈마 층에서 오염물질을 제거하기 위한 플라즈마 자외선 램프(4); 및
상기 플라즈마 자외선 램프(4)로부터 유입된 배기가스를 마이크로파 주사장치(6)의 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층(7)을 통과시키면서 고온에서 연소시키기 위한 연소기(5);
로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 자외선 램프 및 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 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 있고, 그리고 본 발명에 따른 배기가스 처리장치 내에 유입되는 배기가스를 먼저 산소 또는 코로나 방전에 의해 발생시킨 오존을 이용하여 배기가스 내에 함유되어 있는 악취와 오염물질들을 산화처리하고, 그리고 이 배기가스를 플라즈마 방전 자외선 램프에 의해 형성된 방전 플라즈마 층에서 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질을 제거한 다음 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 것이 장점이다.
에너지, 절감형, 배기가스, 처리장치, 오존, 교반기, 반응챔버, 오염물질, 흡수탑, 마이크로파 주사장치, 탄화규소, 발열체, 연소기, 플라즈마, 자외선, 램프

Description

플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치{Exahaust gas processing device for Energy Efficient using of Microwave electric heating element and Plasma ultraviolet rays lamp}
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 2는 도 1에서 플라즈마 자외선 램프를 설치한 상태를 상세히 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 반응 챔버 2 : 코로나 방전기
3 : 교반기 4 : 플라즈마 자외선 램프
5, 연소기 6 : 마이크로파 주사장치
7 : 발열체 층
본 발명은 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염물질을 함유한 배기가스를 먼저 오존 또는 산소를 이용하여 배기가스 내에 함유된 오염물질들을 산화시킨 후 이 산화 처리된 배기가스를 자외선 램프에 의해 형성된 방전 플라즈마 층에서 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질을 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 플라즈마 자외선 램프 및 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 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 산소 또는 코로나 방전에 의해 발생시킨 오존을 이용하여 배기가스 내에 함유되어 있는 악취와 오염물질들을 산화처리하고, 그리고 산화처리된 오염물질이 함유된 배기가스를 플라즈마 방전 자외선 램프에 의해 형성된 방전 플라즈마 층에서 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질을 제거한 다음 이 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 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 본 발명은 배기가스를 먼저 산소 또는 오존을 이용하여 배기가스 내에 함유된 오염물질들을 산화시킨 후 이 산화 처리한 배기가스를 자외선 램프에 의해 형성된 방전 플라즈마 층에서 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질을 제거한 다음 마이크로파 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 배기가스를 연소처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 산소 또는 오존을 이용하여 산화 처리한 배기가스를 자외선 램프에 의해 형성된 방전 플라즈마 층과 마이크로파 주사에 의해 발열시킨 발열체 층을 통과시켜 배기가스를 정화하는 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 생성되어진다.
그리고 본 발명에서 상기 반응 챔버 내에서 배기가스 내에 함유된 오염물질들과 반응시키기 위해 사용하는 오존은 코로나 방전기를 이용하여 발생시키게 되며, 상기 코로나 방전기로 부터 발생된 오존은 반응 챔버의 상부로 공급시켜 배기가스와 접촉시키게 된다.
이와 같이 반응 챔버 내에서 오존처리된 배기가스는 다시 플라즈마 자외선 램프에 의해 형성된 플라즈마 층을 통과하면서 배기가스 내에 함유되어 있는 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질들을 제거되어 진다.
상기 플라즈마 자외선 램프의 자외선 방전에 의해 형성된 플라즈마 층은 이온, 전자뿐만 아니라 고밀도의 활성화된 라디칼 등으로 이루어져 있기 때문에 반응성이 매우 높아 다른 분자와 쉽게 반응하므로 배기가스 내에 함유되어 있는 유기 오염물질의 제거 공정에 유용하게 사용된다
이와 같이 플라즈마 층을 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 산소 또는 오존(B)으로 처리하여 산화반응시키기 위한 반응챔버(1)와;
상기 반응챔버(1)로부터 유입된 오존처리된 배기가스를 플라즈마 자외선에 의해 형성된 플라즈마 층에서 오염물질을 제거하기 위한 플라즈마 자외선 램프(4); 및
상기 플라즈마 자외선 램프(4)로부터 유입된 배기가스를 마이크로파 주사장치(6)의 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층(7)을 통과시키면서 고온에서 연소시키기 위한 연소기(5);
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 함유하고 있다.
상기와 같은 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 다양한 오염물질들은 반응 챔버(1) 내에서 산소 또는 오존을 이용하여 산화시키게 된다. 보다 강한 산화처리를 원할 경우에는 오존을 이용하여 산화시키면 오존의 강한 산화력에 의해 발생된 OH-라디칼(radical)에 의해 배기가스 내에 함유되어 있는 오염물질들이 산화시킬 수 있으며, 또한 배기가스 내에 함유되어 있는 악취도 산화시켜 탈취 효과를 나타내기도 한다. 이때 산소 또는 오존에 의한 오염물질들의 산화반응을 촉진시키기 위하여 반응 챔버(1) 내의 중앙에 설치된 교반기(3)를 이용하여 교반시키게 되면 오존에 의해 배긱가스 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 반응 챔버(1) 내에서 산화처리된 배기가스는 다시 플라즈마 자외선 램프(4)에 의해 형성된 플라즈마 층을 통과하면서 배기가스 내에 함유되어 있는 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질들이 제거되어 진다.
상기 플라즈마 자외선 램프(4)는 도 2에 도시된 바와 같이 격자형의 구조로 배열시켜 자외선 방전에 의해 플라즈마 층을 형성시키고, 이렇게 형성된 플라즈마 층은 이온, 전자뿐만 아니라 고밀도의 활성화된 라디칼 등으로 이루어져 있기 때문에 반응성이 매우 높아 다른 분자와 쉽게 반응하므로 배기가스 내에 함유되어 있는 유기 오염물질의 제거 공정에 유용하게 사용된다
상기 플라즈마 자외선 램프(4)에서 일부 오염물질이 제거된 배기가스는 마이크로파 주사장치(6)의 주사에 의해 발열하는 발열체 층(7)를 통과하면서 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(7)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(7)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 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 있고, 그리고 본 발명에 따른 배기가스 처리장치 내에 유입되는 배기가스를 먼저 산소 또는 코로나 방전에 의해 발생시킨 오존을 이용하여 배기가스 내에 함유되어 있는 악취와 오염물질들을 산화처리하고, 그리고 이 배기가스를 플라즈마 방전 자외선 램프에 의해 형성된 방전 플라즈마 층에서 질소산화물, 황산화물 등과 같은 오염물질을 제거한 다음 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 것이 장점이다.
삭제

Claims (4)

  1. 오염물질이 함유된 배기가스의 처리장치에 있어서,
    내부의 중앙에 설치된 교반기(3)에 의해 배기가스(A) 내에 함유되어 있는 오염물질들을 산소 또는 오존(B)으로 처리하여 산화반응시키기 위한 반응챔버(1)와;
    상기 반응챔버(1)로부터 유입된 오존처리된 배기가스를 플라즈마 자외선에 의해 형성된 플라즈마 층에서 오염물질을 제거하기 위하여 격자형의 구조로 배열시켜 자외선 방전에 의해 플라즈마 층을 형성시키는 플라즈마 자외선 램프(4); 및
    상기 플라즈마 자외선 램프(4)로부터 유입된 배기가스를 마이크로파 주사장치(6)의 주사에 의해 고온으로 발열시킨 발열체 층(7)을 통과시키면서 고온에서 연소시키기 위한 연소기(5);
    로 이루어지고,
    상기 발열체 층(7)의 발열체는 탄화규소 발열체로서, 마이크로파를 주사하면 1,400~1,500℃의 고온까지 발열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오존은 코로나 방전기(2)를 이용하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 자외선 램프 및 마이크로파 주사 발열체를 이용한 에너지 절감형 배기가스 처리장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
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