KR100842355B1 - 오존 및 ｏｈ 라디칼을 이용한 악취 제거 장치 - Google Patents

Abstract

오존, OH 라디칼의 산화 분해 작용 및 음이온의 공급에 의해 배기 가스 중에 함유되어 있는 악취물질 및 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 악취 제거 장치가 개시되어 있다. 오존 및 라디칼 공급부는 OH 라디칼을 공기가 유입된 OH 라디칼 분사부에 공급하여 상기 공기에 포함된 악취 및 오염 성분을 산화 및 분해 처리한다. 음이온 발생기는 상기 라디칼 공급부에 의해 처리된 상기 공기의 음이온 접촉 반응을 위해 음이온을 발생시킴으로써 상기 공기에 남은 악취 및 오염 성분을 추가적으로 제거 처리한다. 제어부는 상기 라디칼 공급부 및 상기 음이온 발생기와 전기적으로 연결되어 상기 라디칼 공급부 및 상기 음이온 발생기를 순차적으로 작동 제어한다.

악취제거, 오존, OH 라디칼

Description

오존 및 ＯＨ 라디칼을 이용한 악취 제거 장치{Stench removing apparatus using ozone and OH radical}

도 1은 종래의 악취 제거 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 악취 제거 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 오존 및 라디칼 발생 공급부 110: 오존 및 라디칼 발생부

120: 알카리 수용액 저장부 130: 알카리 수용액 저장부 교반기

140: 라디칼 저장조 150: 라디칼 이송부

200: 오존 및 라디칼 분사부 210: 필터

215: 제 1 오존 및 라디칼 분사부 216: 제 2 오존 및 라디칼 분사부

217: 제 3 오존 및 라디칼 분사부 220: 오존 및 라디칼 분사용 노즐

230: 다공판 240: 수분 제거용 데미스터

250: 자동 배수변 300: 음이온 발생기

311: 제 2 쳄버 312: 제 1 음이온 발생부

313: 제 2 음이온 발생부 314: 제 3 음이온 발생부

315: 카본 충진층 316: 제 1 음이온 접촉 반응실

317: 제 2 음이온 접촉 반응실 318: 제 3 음이온 접촉 반응실

319: 제 3 쳄버 310s: 온도 검출용 센서

320: 가열용 히터 320s: 열원 온도 검출용 센서

330: 열원 순환용 이송 펌프 340s: 배기가스 농도 검출 센서

350: 자동 제어반

본 발명은 악취 제거 장치에 관한 것으로서, 특히 고압 방전에 의하지 않고도 오존 또는 OH 라디칼 및 음이온을 공급함으로써 배기가스 중에 함유되어 있는 악취물질 및 Voc(휘발성 물질)등을 효율적으로 제거할 수 있는 악취 제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 사무실, 학교, 호텔, 음식점, 공장 등의 실내는 외부와 환기가 잘되지 않기 때문에 자동차의 배기가스나 담배연기, 먼지와 같은 오염물질은 물론 진드기, 곰팡이, 바이러스 균과 꽃가루, 단열재, 페인트 등에서 떨어지는 각종 고분자 화학물질이나 석면 가루 등에 의해 호흡기 장애나 피부질환 등과 같은 각종 질환을 유발하기 쉽다.

따라서, 이와 같은 실내 공기를 맑게 정화하고자 많은 노력과 연구가 진행되고 있다. 그 한 예로 음전기와 양전기를 발생시켜 전기적인 힘으로 미세한 먼지나 세균 등의 오염물질을 마이너스 전자로 대전시키고, 양전기를 발생하는 집진전극의 집진필터에 흡착시켜, 오존 발생에 의해 살균시키는 방식의 전자식 음이온 발생 공기청정기가 제시되었다.

도 1은 종래의 악취 제거 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 악취 제거 장치의 일예로 음이온 발생 공기청정기(등록실용신안공보, 공고번호20-0158927)는 그 본체의 일측에는 조작부(12)가 마련되어 있고, 음전압을 발생하는 음전극침(11)이 결합되는 본체(10)와, 그 본체(10)에 결합되고 집진필터(22)가 표면에 설치되며 양전압을 발생시키는 단일체로 된 원통형 집진전극(21)이 결합되는 원통형의 집진전극 장착통(20)과, 그 집진전극 장착통(20)을 감싸도록 설치되며, 외주면에는 다수의 공기유입공이 형성되어 있는 외부케이스(30)로 크게 구성되어 있다. 도 1에서 미설명 부호 11a는 침편, 21a는 통공, 23은 집진전극 결합부, 23a는 통공, 40은 팬(fan), 41은 모터, 50은 상부캡, 51은 공기토출공을 각각 나타낸다.

이상과 같은 구성을 갖는 종래 음이온 발생 공기청정기는 본체(10)의 외부 일측에 설치되어 있는 조작부(12)를 조작하여 전원을 인가하면 상기 집진전극 장착통(20) 내부에 설치된 모터(41)가 구동됨과 동시에 팬(40)이 회전하면서 상기 외부케이스(30)에 형성된 공기유입공을 통해서 실내의 오염된 공기가 내부로 강제 유입된다. 이때, 상기 음전극침(11)에는 마이너스(-) 전류가, 집진전극(21)에는 플러스(+)전류가 대전되면서 집진전극(21)으로 먼지가 이동하여 집진필터(22)에 먼지 등과 같은 각종 오염물질이 집진된다. 이에 따라 집진필터(22)에 걸러진 깨끗한 공기는 상기 집진전극 장착통(20) 내부에 설치한 팬(40)에 의해 집진전극(21)에 형성 된 통공(21a)과 집진전극 결합부(23)의 중간부위에 형성된 통공(23a)을 통과하여 집진전극 장착통(20) 내부로 유입되며, 유입되는 정화된 공기는 상부캡(50)에 형성된 공기토출공(51)을 통하여 실내로 토출되어 확산된다.

그런데, 이상과 같은 종래 음이온 발생 공기청정기는 음전극(-)과 집진전극(+) 사이에 코로나 방전에 의해 음이온을 발생시켜 공기를 정화하는 방식이므로, 음이온을 발생시킬 때 오존도 함께 발생하게 된다. 이러한 오존은 환경기준치를 넘을 경우 인체에 치명적인 해를 끼치게 될 뿐만 아니라, 기준치 이하인 경우에도 인체에 유해한 결과를 초래하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 오존 및 OH 라디칼의 산화 분해 작용 및 음이온의 공급에 의해 배기 가스 중에 함유되어 있는 악취물질 및 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 악취제거 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 악취제거 장치는 본체 내부에 입구부를 통해 유입된 악취 및 오염물질을 1차적으로 여과하여 0.5㎛이상의 입자 크기를 갖는 먼지 및 이물질을 걸러 내는 필터부; 오존 및 OH 라디칼을 악취가 포함된 공기에 공급하여 악취 및 오염 성분을 산화 및 분해 처리 하는 라디칼 공급부; 오존 및 OH 라디칼과 악취가스의 접촉성 좋게하는 다공판(0.3mm) 라디칼 공급시 발생되는 수증기를 제거하기 위한 데미스터부; 응축 및 잔류 수분을 배출하기 위한 자동배수부; 또는 오존 사용시 잔류 오존을 제거하기 위한 카본 충진부; 상기 라디칼 공급부에 의해 처리된 상기 공기의 음이온 접촉 반응을 위해 음이온을 발생시킴으로서 상기 공기에 남은 악취 및 오염 성분을 추가적으로 제거 처리하는 음이온 발생기; 및 상기 오존 및 라디칼 공급부 및 상기 음이온 발생기와 전기적으로 연결되어 상기 오존 및 라디칼 공급부 및 상기 음이온 발생기를 순차적으로 작동 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 오존 및 라디칼 공급부는 상기 오존 및 라디칼을 발생하는 오존 및 라디칼 발생부; 상기 라디칼 발생부에 의해 발생 된 라디칼을 저장하는 라디칼 저장조; 라디칼의 농도를 높이기 위해 물 대신 알카리 수용액을 공급하는 알카리 수용액 저장조; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 라디칼 저장조에 저장된 상기 라디칼을 본체의 오존 및 라디칼 분사부로 이송시키는 이송 펌프를 포함한다.

더욱 바람직하게는 상기 오존 및 라디칼 발생부는 공기 또는 산소를 이용한 오존 발생기, 오존과 물의 조합 공정, 오존과 알카리 수용액과의 조합공정, 오존과 과산화수소의 조합 공정, 과산화수소와 자외선 범 조합 공정 중 하나에 의해 오존과 라디칼을 발생한다.

가장 바람직하게는 상기 악취제거 장치는 공기의 유입 유출부를 제외하고는 전체적으로 직육면체형의 본체를 가지며, 그 본체가 지표면에 대해 수평 또는 수직으로 설치되고, 정화 대상의 악취 및 오염 기체를 내부로 받아들여 필터링(여과) 및 다단계의 오존, 라디칼에 의한 산화 분해 반응 및 음이온 접촉 반응에 의해 정 화하는 본체; 상기 본체와 파이프 라인으로 연결되며 본체 내부에 음이온 발생을 위한 열의 공급, 매체로서 가열유체를 공급하기 위해 유체를 가열하는 가열부; 상기 본체와 가열부 사이의 파이프 라인 상에 설치되며, 상기 가열부에 의해 가열된 유체를 본체 내부로 순환 이동시키는 순환 펌프; 및 상기 본체의 기체 출구 측에 기계적으로 연결되며, 본체에 의해 정화된 공기를 본체의 외부로 강제로 배출하는 공기 배출부를 포함한다. 상기 필터부에서 먼지와 이물질이 제거된 악취 및 오염가스는 오존 및 라디칼 분사부에 유입되어 1차 오존 및 라디칼에 의해 산화 분해 반응을 일으키는 제1, 제2, 제 3 오존 및 라디칼 분사부; 오존 및 라디칼과 악취와 오염물질을 음이온 발생부에 유입하여 1차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제1 음이온 발생부; 상기 제1 음이온 발생부와 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 제1 음이온 발생부를 거쳐 1차 음이온 접촉반응을 한 공기의 2차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제2 음이온 발생부; 및 상기 제2 음이온 발생부와 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 제2 음이온 발생부를 거쳐 2차 음이온 접촉반응을 한 공기의 3차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제3 음이온 발생부가 설치되고 일정거리 이격 되어 유입 처리 된 악취 및 오염가스 중 잔류 오존을 제거하기 위한 카본 충진부가 순차적으로 설치 되어 있다.

상기 제1, 제2, 제3 오존 및 OH 라디칼 분사부를 상세히 설명하면 유입된 악취 및 오염 가스에 오존 및 라디칼을 분사하는 제1 오존 및 라디칼 분사부는 유입된 오염가스와 접촉성을 좋게하는 제 1 다공판, 2차 오존 및 라디칼에 의해 산화 및 분해 반응을 일으키는 제 2 오존 및 라디칼 분사부, 오존 및 라디칼과 악취와 오염가스의 접촉성을 좋게하는 제 2 다공판, 3차 오존 및 라디칼에 의해 산화 및 분해 반응을 일으키는 제 3 오존 및 라디칼 분사부, 오존 및 라디칼과 악취와 오염가스와의 접촉성을 좋게하는 제 3 다공판, 라디칼 분사시 발생되는 수분을 제거하는 데미스터가 설치되어 산화 및 분해 반응이 개시되어 1차 악취 및 오염가스가 처리되고 수분이 제거된 악취 및 오염가스는 일정거리 이격된 상층부의 음이온 발생기에 유입되어 제1, 제2, 제3 음이온 발생부에서 발생된 음이온과 접촉 반응을 하여 2차적으로 악취 및 오염 가스를 제거 또는 정화하며, 확률적으로 가능성은 매우 희박하지만 오존 및 라디칼 발생부에서 분사된 오존이 악취 및 오염 가스와 반응된 잔류 오존, 또는 미 반응 오존이 존재시 제3 이온 발생부에서 일정 거리 이격된 카본 충진층에 유입 통과되면서 카본과 잔류 오존이 반응하여 탄산가스(CO₂)화되어 환경 오염 방지에도 인체에도 안전한 가스로 만 배출구를 통과하여 대기로 배출된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 악취 제거 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 악취제거장치는 오존 및 라디칼 공급부(100), 오존 및 라디칼 분사부(200), 음이온 발생기(300) 및 제어부(350)를 포함한다.

오존 및 라디칼 공급부(100)는 오존 및 OH라디칼을 오존 및 라디칼 분사부에 공급하여 상기 공기에 포함된 악취 및 오염 성분을 산화 및 분해 처리한다.

상기 오존 및 라디칼 공급부(100)는 오존 라디칼 발생부(110), 알카리 수용액 저장 조(120), 알카리 수용액 저장조용 교반기(130), 라디칼 저장조(140), 및 이송 펌프(150)를 포함한다.

오존 및 라디칼 발생부(110)는 상기 오존 및 라디칼을 발생한다. 상기 오존 및 라디칼 발생부(110)는 오존과 물의 조합 공정, 펜톤 산화, 오존과 과산화수소의 조합공정, 과산화수소와 자외선 빔 조합공정 중의 하나에 의해 OH 라디칼을 발생한다.

라디칼 저장조(140)는 상기 라디칼 발생부(110)에 의해 발생된 라디칼을 저장한다. 오존 및 OH 라디칼 발생부에서 발생된 오존은 배관을 통하여 자체 압력으로 오존 및 라디칼 분사부로 이송되고

이송 펌프(150)는 상기 제어부(350)의 제어에 따라 상기 라디칼 저장조(140)에 저장된 상기 라디칼을 오존 및 라디칼 발생부(200)로 이송시킨다.

라디칼이란, 하나 이상의 짝지어지지 않은 전자를 가진 원자 또는 복합 화합물로서, 독자적인 이온은 될 수 있으나, 독립적인 물질은 될 수 없으며, 큰 반응성으로 인하여 화학 반응시 중간 생성물로 존재하되 그 상태가 불안정하여 매우 짧은 시간 동안만 존재한다. 라디칼 중 OH 라디칼은 산소 또는 오존과 물 반응 시 발생되며 일명 수산기라고도 하며, 거의 모든 오염 물질의 살균 및 소독에 사용된다.

특히, OH 라디칼은 공기와 표면의 오염 물질에 직접 관여하고 자신은 다시 중간 물질인 하이드로 패록시 라디칼로 변화하면서 지속적으로 산화 분해 반응을 일으킨다.

이 연쇄 반응은 거의 모든 물질을 매우 안전한 물 및 이산화탄소로 분해시켜 인체에 무해하게 한다. OH 라디칼의 산화력(살균, 소독, 분해하는 능력)은 현존하는 물질 중에서 불소 다음으로 강력하며, 염소 보다는 2배, 과산화수소 보다는 약 1.57 배 이상 살균력이 강력하고 최근 미국 실험결과 수산기는 오존 보다 2000 배, 자외선 보다 180 배 빠른 산화 속도를 갖고 있음이 입증되었으며 불소, 염소 오존, 자외선과는 달리 인체에 독성이 있거나 유해하지 아니한 천연 물질이다.

고급 산화 공법(advanced oxidation process-AOP)이란 수중에서 수산화 라디칼을 생성하여 유기 물질을 산화 및 분해하는 것으로 화학적인 처리 방법에서는 가장 진보된 기술이다. AOP에는 펜톤 산화 공정, 광촉매 공정, 오존 조합 공정 등이 있다.

펜톤 산화 공정은 과산화수소(H₂O₂)와 2가 철 이온(Fe^{2 +})이 반응하여 발생한 수산화 라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수 내에 존재하는 난분해성 물질을 분해하는데 사용되고 있으며, 펜톤 산화 반응으로 알려진 H₂O₂와 Fe^{2 +}의 전형적인 반응이 쉽고 매우 빠르게 진행하여 유기 화합물을 용이하게 분해할 수 있는 OH 라디칼 중간체가 형성된다.

펜톤 산화 연소 반응의

제1 단계(개시단계)는 H₂O₂ + Fe^{2 +}→ Fe^{3 +} + OH + OH의 반응을 갖는 단계로서 H₂O₂와 Fe²⁺이 반응하여 라디칼을 생성한다. 제2 단계(전파단계)는 OH + H₂O₂ → H₂O + H₂OHO₂ → H⁺ + O₂ ^-, O₂ ^- + Fe^{3 +} → Fe^{2 +} + O_{2 ,} Fe^{2 +} + H₂O₂ → Fe^{2 +} + OH + OH^- 의 반응을 갖는 단계로서 개시 단계에서 생성된 라디칼로부터 새로운 라디칼이 생성된다. 제3 단계(종결 단계)는 Fe^{2 +} + OH → Fe^{3 +} + OH^- 의 반응을 갖는 단계로서 이 단계에서는 라디칼이 소멸된다. 이와 같은 펜톤 산화 공정의 장점은 저 농도 유기무기물을 완전히 산화할 수 있다.

오존과 과산화수소의 조합 공정에 있어서, 오존은 공기 중 산소 또는 순 산소를 이용하여 가스 상태로 발생한다. 오존을 수 처리에 이용시 액상에 용해시켜 사용된다. 액체 상태에서 전류 오존은 매우 불 안정하며, 분해 속도는 pH에 크게 영향을 받는다. 즉, 수산화기 및 superoxide 라디칼을 생성한다. 오존이 수산화기 외에 자연수에 함유된 각종 무기 금속 이온이나 유기물에 의해 분해가 시작되며 순환 연쇄 반응 경로를 거쳐 다양한 라디칼을 생성하게 되며, 대표적인 것이 OH 라디칼이다.

반응은 다음과 같다.

O₃ + H₂O → HO₃ + OH

HO₃ + OH → 2HO₂

O₃ + HO₂ → HO + 2O₂

O₃ + H0 → HO₂ + O₂

H0₂ + HO₃ → H₂O₂ + O₂

HO + HO₂ → H₂O + O₂

H0 + H0 → H₂0₂

* 과산화수소와 자외선 빔 조합공정

H₂0₂/자외선 산화 공정에서 OH 라디칼들은 200에서 300 mm 파장에서 자외선 빔에 의해 H₂0₂의 산소-산소 결합의 용혈성 분할에 의해 생성된다. 297에서 365 mm 파장에서 자외선에 의한 H₂0₂의 광분해가 OH 라디칼의 기본 분해이다.

H₂O₂ + hυ → 2.OH

이 경우, 고 농도의 H₂O₂ 및 200 내지 300 mm 파장 범위의 강한 자외선 램프가 필요하다. 왜냐 하면 200 내지 300 mm 파장 범위 내에서는 작은 몰 농도 자외선 흡수 계수로 나타내기 때문이다. 또한 자외선 조사는 OH 라디칼의 개시에 자주 사용된다.

과산화수소와 자외선 빔 조합공정의 특징은 (1) 가용성 옥살산 염들은 높은 탄산염과 중탄산 이온 논도에 의하여 자외선 램프 위에 산화물 층을 형성한다. (2) 높은 흡광도를 가진 오염 물질 또는 부유 고체 물질들은 자외선 투과를 흡수하거나 차단한다. (3) OH 라디칼의 생성 효율을 증대시키기 위해 철염을 촉매로 사용한다. (4) 자외선 램프 효율은 20 % 정도로 에너지 비용이 높다. (5) 철염에 의한 스케일이 석영관에 파울링 현상을 방지하기 위하여 와이퍼 시스템이 필요하다. (6) 유기 물의 자외선 에너지에 대한 흡수성이 높고, 분해 수율이 높다면 매우 효과적인 유기물 처리 공정으로 사용될 수 있다.

오존 및 라디칼 분사부(200)은 상기 오존 및 라디칼 공급부에 의해 이송된 오존 및 라디칼을 본체내부에 설치된 분사 노즐을 통하여 오존 및 OH 라디칼을 분사하여 유입된 악취 및 오염가스를 산화 분해하여 1차 처리한다.

제1, 제2, 제3 오존 및 라디칼 발생실(215)(216)(217)로 구성되며 각각 오존 및 라디칼 분사부(200), 이물질제거용 필터(210), 오존 및 라디칼 분사 노즐(220), 오존, OH 라디칼과 악취 및 오염 가스와 접촉을 좋게 하는 다공판(230), 수분제거용 데미스터(240), 잔류수분 배출부(250)을 포함하여 구성된다. 오존 및 라디칼 분사부(200)은 본체 내부로 유입된 정화 대상의 악취 및 오염물질을 FILTER에서 이물질을 제거하고 오존 및 라디칼 발생부에서 공급된 오존 또는 라디칼을 악취 및 오염가스에 분사하여 산화와 분해작용으로 악취 및 오염가스를 1차적으로 처리한다.

산화와 분해 작용의 예를 들면

1) 오존과 아크롤레인과의 단독반응

3CH2CHCHO + O2 → 3CH2CHCOOH

CH2CHCHO + HO2 → CH2CHCOOH+HO

(2) 오존과 포름알데히드의 단독반응

3HCHO+O3→3HCOOH

HCHO+HO→HCOOH+HO

(3) 오존과 악취 물질과의 반응 예

○ 암모니아

2NO3+O3→N2+3H2O

3(CH3)3N+O3→3(CH3)3NO

○ 트리메틸아민

(CH3)3N+3O3→CH2NO2+2CO2+3H2O

○ 황화수소

3H2S+4O3→3H2SO4

3H2S+O3→3S+H2O

H2S+O3→SO2+H2O

○ 메틸메르캅탄

CH3SH+O3→CH3SO3H

CH3SH+O3→CO3OH+H2O

2CH3SH+O3→(CH3)2S2O5+H2O

○ 황화메틸

3(CH3)2S+O3→(CH3)2SO

(CH3)2S+O3→(CH3)2SO3

○ 이황화메틸

2(CH3)2S2+H2O+O3→2CH3SO3H

3(CH3)2S2+5O3→3(CH3)2S2O5

(4) 오존과 알카리 수용액 아크롤레인의 반응

3CH2CHCHO + O2 → 3CH2CHCOOH

CH2CHCHO + HO2 → CH2CHCOOH+HO

CH2CHCOOH + NAOH → CH2CHCOONa+H2O

(5) 오존과 알카리 수용액 및 포름알데히드의 반응

3HCHO+O3→3HCOOH

HCHO+HO→HCOOH+HO

HCOOH+NAOH→HCOONa+H2O

* 오존과 알카리 수용액 : 오존과 물반응에서 물에 알카리성 물질을 용해시켜 라디칼 제조

(6) 유기성 가스와의 반응

오존 및 라디칼은 알부민, 폴리펩톤, L-알기닌, 겔타민산 소다, 페놀, 살리칠산, 안식향산, 몰식자산(갈릭산), 푸르푸랄, 퍼르펀산 등과도 반응성이 크다

(7) 무기성 가스와의 반응

오존 및 라디칼은 암모니아, 이황화메틸, 트리메틸아니, 황화메틸, 메칠멀캅탄 등의 무기성 가스와의 반응성이 크다.

(8) 무기성 가스와의 반응

오존 및 라디칼은 암모니아, 이황화메틸, 트리메틸아민, 황화메틸, 메칠멀캅탄 등의 무기성 가스와의 반응성이 크다.

오존 및 라디칼 발생부(200)은 전체적으로 직육면체형의 본체를 가지며, 그 본체가 지표면에 대해 수평으로 설치되어 오존 및 라디칼 분사부(200)의 필터(210) 에서 먼지 및 이물질을 제거하고, 제 1 오존 및 라디칼 분사부(215)에 유입된 악취 및 오염가스는 오존 및 라디칼 분사용 노즐(220)에서 분사된 오존 및 라디칼과 접촉 1차 산화 및 분해 반응을 하고 악취 및 오염가스와 오존 및 라디칼과의 접촉성을 좋게하는 다공판(230)을 거쳐 제 1 오존 및 라디칼 분사부에 인접되어 설치된 제 2 오존 및 라디칼 분사부(216)에 유입되어 분사용 노즐(220)에서 분사된 오존 및 라디칼과 접촉하여 2차 산화 및 분해 반응을하고 접촉성을 좋게 하는 다공판을 거쳐 제 3차 오존 및 라디칼 분사부에 유입되어 분사용 노즐(220)에서 분사된 오존 및 라디칼에 의해 3차 분해 및 산화 반응을 하고 접촉성을 좋게 하는 다공판(230)을 통과한다. OH 라디칼을 분사시에는 수분 및 응결수가 발생되는데 수증기는 제 3차 오존 및 라디칼 분사부 제 3 다공판에 인접하여 설치된 수분 제거용 데미스터에 유입되어 수증기는 제거하고 응결수는 제 1, 제 2, 제 3 오존 및 라디칼 분사부 바닥에 고이며 바닥에 고인 잔류 라디칼 수용액은 자동 배수변(240)에 의해 자동 배수된다. 악취 및 오염가스는 제 1, 제 2, 제 3 의 오존 및 라디칼 분사실에서 분사된 오존 및 라디칼과 1차, 2차, 3차 산화 및 분해 반응은 하고 수분은 데미스터(250)에서 제거되어 음이온 발생부(300)로 유입되어 공기의 1차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제1 음이온 발생부(312)와, 그 제1 음이온 발생부(312)와 일정 거리 이격되어 위치되며, 제1 음이온 발생부(312)를 거쳐 1차 음이온 접촉반응을 한 공기의 2차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제2 음이온 발생부(313)와, 그 제2 음이온 발생부(313)와 일정 거리 이격되어 위치되며, 제2 음이온 발생부(313)를 거쳐 2차 음이온 접촉반응을 한 공기의 3차 음이온 접촉 반응을 위해 음이온을 발생시키는 제3 음이온 발생부(314)가 잔류 오존을 제거 하기 위한 카본 충진부(315)를 순차적으로 통과하여 배출한다. 여기서, 이와 같은 제1～제3 음이온 발생부(312)(313)(314)에 있어서의 음이온 발생을 위한 무기질로는 천연암염(rock salt), 수정(자수정), 의왕석, 맥반석, 장석, 실리케이트(silicate), 황토, 운모(흑운모, 견운모), 세라믹(seramic)(토르마린), 호박돌, 게르마늄, 천연옥, 산호석, 귀양석, 제올라이트(zeolite), 일라이트(ilite), 카본(숯) 등이 사용될 수 있다.

여기서, 또한 이상과 같은 본체(310)의 내부로 유입되어 이온화 과정 중에 제거될 수 있는 대표적인 악취물질의 예를 들어 보면 다음과 같다.

암모니아(NH₃), 메틸메르캅탄(CH₃SH), 황화수소(H₂S), 황화메틸(CH₃)₂S, 이황화메틸(CH₃SSCH₃), 트리메틸아민(CH₃)₃N, 아세트알데히드(CH₃CHO), 프로피온알데히드(CH₃CH₂CHO), 노르팔부틸알데히드(CH₃(CH₂)₃CHO), 이소부틸알데히드((CH₃)₂CHCHO), 노르말발레르알데히드(CH₃(CH₂)₃CHO), 이소부탄올((CH₃)₂CHCH₂OH), 아세트산에틸(CH₃CO₂ C₂H₅), 메틸이산부틸케톤(CH₃COCH₂CH(CH₃)₂), 톨루엔(C₆H₅CH₃), 스티렌(C₆H₅CH=CH₂), 자일렌(크실렌)(C₆H₄(CH₃)₂), 프로피온산(CH₃CH₂COOH), 노르팔부티르산(CH₃(CH₂)₂COOH), 노르말발레르산(CH₃(CH₂)₃COOH), 이소발레르산((CH₃)₂CHCH₂COOH), 이소발레르알데히드((CH₃)₂CHCH₂CH₈).

한편, 상기 제1 음이온 발생부(312)와 제2 음이온 발생부(313) 사이의 1차 음이온 접촉반응실(316)과, 상기 제2 음이온 발생부(313)와 제3 음이온 발생부(314) 사이의 2차 음이온 접촉반응실(317) 카본 충진부 사이의 3차 음이온 발생부(318)에는 반응실 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(310s)가 각각 설치된다. 이러한 온도 센서(310s)는 후술되는 제어부(350)와 전기적으로 연결된다.

상기 가열부(320)는 상기 본체(310)와 파이프 라인(360)으로 연결되며, 본체(310) 내부에 음이온의 발생을 위한 열의 공급 매체로서의 가열 유체를 공급하기 위해 유체를 가열한다. 즉, 이온발생량은 이온 발생을 위해 사용된 무기질의 가열온도에 비례하여 증가하기 때문에 악취제거 효율을 증가시키기 위해 무기질의 표면 온도를 50～60℃ 또는 100℃ 이상으로 가열할 필요가 있다. 따라서, 무기질의 충전부 중앙부분 또는 입구, 출구 부분에 전기 히터(공냉식)나 가열판을 설치하여, 이 가열판 내부를 스팀(steam), 온수(hot water), 열매체유(hot oil)로 후술되는 순환 펌프를 이용하여 순환시킴으로써 무기질의 표면온도를 상승시키게 된다.

이상과 같은 가열부(320)의 가열원으로는 전기 또는 LPG 등이 사용될 수 있다. 또한, 가열부(320)의 가열 탱크 내에는 가열 유체의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(320s)가 설치된다. 이 온도 센서(320s)는 후술되는 제어부(350)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 파이프 라인(260)은 도시된 바와 같이, 상기 제1, 제2 및 제3 음이온 발생부(312)(313)(314)의 내부에서는 가열된 순환 유체의 열이 각 음이온 발생부의 전체에 걸쳐 골고루 전달될 수 있도록 각각 다수의 분기관을 갖는 구조로 구성된다.

상기 순환 펌프(330)는 상기 본체(310)와 가열부(320) 사이의 파이프 라 인(360) 상에 설치되며, 가열부(320)에 의해 가열된 유체를 본체(310) 내부로 순환이동시키는 역할을 한다.

상기 공기배출부(340)는 상기 본체(310)의 기체 출구측에 기계적으로 연결되며, 본체(310)에 의해 정화된 공기를 본체(310)의 외부로 강제로 배출시킨다. 이와 같은 공기배출부(340)로는 일반적인 블로우어(blower)가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 공기배출부(340)의 공기배출관(혹은 공기배출 덕트) 내에는 배출되는 공기(가스)의 농도를 검출하기 위한 가스농도 센서(340s)가 설치된다. 이 가스농도 센서(340s)도 후술되는 제어부(350)와 전기적으로 연결된다.

상기 제어부(350)는 상기 라디칼 공급부(100) 및 상기 음이온 발생기(300)와 전기적으로 연결되어 상기 라디칼 공급부(100) 및 상기 음이온 발생기(300)를 순차적으로 작동 제어한다. 또한, 상기 본체(310)의 1차 음이온 접촉반응실(316) 및 2차 음이온 접촉반응실(317), 3차 음이온 접촉 반응실(318)에 설치되어 있는 온도 센서(310s)와, 상기 가열부(320)에 설치되어 있는 온도 센서(320s) 및 상기 공기배출부(340)에 설치되어 있는 가스농도 센서(340s)로부터의 감지 신호를 각각 수신하여 그에 상응하는 데이터를 디스플레이하거나, 어떤 점멸 표시를 하거나, 또는 공기 정화에 있어서의 최적의 상태 유지나 효율 증대와 관련된 특정 제어를 수행한다. 특히, 제어부(350)는 상기 가스농도 센서(340s)로부터의 감지 신호(배출가스의 농도)에 따라 상기 가열부(320)의 가열원에 가열 정도를 조절하는 제어신호를 전송하여 가열원이 열의 발생량을 가감하도록 함으로써, 상기 각 음이온 발생부(312)(313)(314)에 공급되는 열에너지의 양을 조절한다. 이와 같은 제어 수행과 관련된 소프트웨어 프로그램은 장치 설계자에 의해 미리 작성되어 제어부 내의 메모리에 저장된다. 도 2에서 참조번호 202는 입구부(201)를 통해 유입된 악취 및 오염 기체가 필터부(211)를 거치기 직전에 체류하는 곳으로, 입구부 덕트에서 약 15～18m/sec의 속도로 이송되는 악취 함유 배기 가스가 사각뿔형의 확대관 내부로 유입되면서 0.3～1m/sec의 속도 이하로 속도가 저하되는 제1 챔버, 215는 필터(210)에서 먼지 및 이물질이 제거 된 악취 및 오염가스가 오존 및 라디칼 분사 노즐(220)에서 분사된 오존 및 라디칼과 1차 산화 분해 반응을 하는 제 1 오존 및 라디칼 분사실 216 는 1차 오존 및 라디칼 분사실에서 유입된 공기가 오존 및 라디칼 분사 노즐(220)에서 분사된 오존 과 라디칼과의 산화 및 분해 반응을 하는 제 2차 오존 및 라디칼 분사실, 217는 2차 오존 및 라디칼 분사실에서 유입된 공기가 오존 및 라디칼 분사 노즐(220)에서 분사된 오존 및 라디칼과 3차 분해 및 산화 반응을 하는 제 3차 오존 및 라디칼 분사실을 나타내며 240은 라디칼 분사시 발생되는 수증기 수획을 제거하는 데미스터를 나타내며 311은 데미스터에서 수분이 제거되어 유입된 악취 및 오염가스가 체류하는 쳄버, 316은 1차 음이온과 접촉 반응한 공기가 319는 3차 음이온 접촉반응을 하고 320은 카본 충진층에서(317) 잔류 오존이 제거 된 공기가 체류하는 쳄버를 나타낸다.

* 잔류 오존이 제거 되는 반응은 2O3 + 3C → 3CO2

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 악취 제거 장치에 의해 공기에 포함된 악체를 제거하는 과정에 대해 실시예의 악취 제거 장치를 대표로 하여 간략히 설명해 보기로 한다.

먼저, 본체(200)의 입구부(201)를 통해 유입된 악취 함유 배기 가스는 라디칼 공급부(100)로부터 공급된 OH 라디칼에 의해 산화 및 분해 처리된 후, 원뿔형의 확대관 내부로 유입되면서 유입 당시의 약 15～18m/sec의 속도에서 0.3～1m/sec의 속도로 속도가 저하되어 제1 챔버(202)를 경유하여 필터(210)를 거치게 된다. 이때 필터(210)는 유입되는 악취 함유 배기 가스 내에 포함된 0.5㎛ 이상의 분진 및 이물질(특히 점착성 분진 포함)을 제거하게 된다. 이렇게 하여 0.5㎛ 이상의 분진이 제거된 악취 함유 배기 가스는 제 1 오존 및 라디칼 분사실(215), 제 2 라디칼 분사실(216), 제 3 라디칼 분사실(217)를 거치면서 각 분사부(215)(216)(217) 내 설치된 노즐(220)에서 분사된 오존(O3) 또는 라디칼(OH 라디칼)과 산화 및 분해 반응을 하여 1차 처리하고 데미스터에서 라디칼 분사시 발생되는 수증기 또는 수적이 제거된 악취 함유 배기가스는 제 1 음이온 발생부(312)에서 발생된 이온(음이온, 양이온)이 악취 함유 배기가스와 접촉 및 혼합되어 악취 물질의 분자 결합을 파괴하게 된다. 제1 음이온 발생부(312) 및 1차 음이온 접촉반응실(316)을 거치게 되는데, 이때 제1 음이온 발생부(312)에서 발생된 이온(음이온, 양이온)이 악취 함유 배기 가스와 접촉 및 혼합되어 악취 물질의 분자 결합을 파괴하게 된다. 또한, 산소 클러스터(cluster) 역할로 배기 가스 중의 산소와 결합하여, 탄화수소군인 경우 다음과 같이 탄산 가스와 수증기로 반응이 이루어진다. 이때 음이온은 분자 결합을 파괴하는 클러스터 역할을 한다.

이렇게 하여 1차 음이온 접촉반응실(316)을 거치면서 1차 음이온 접촉 반응을 마친 배기가스는 계속하여 제2 음이온 발생부(313) 및 2차 음이온 접촉반응실(317)을 거치게 된다. 그러면서 제2 음이온 발생부(313)에서 발생된 또 다른 음이온 및 양이온이 상기 1차 음이온 접촉반응실(316)을 거치면서 악취 물질이 일부 제거된 배기가스와 접촉 및 혼합되어 다시 악취 물질의 분자 결합 또는 이온 결합을 파괴하며, 배기가스 중의 산소와 반응하여 탄산가스와 수증기 등으로 반응이 이루어진다.

이상에 의해 1차, 2차 음이온 접촉 반응을 마친 배기가스는 계속하여 제3 음이온 발생부(314) 및 3차 음이온 접촉반응실(318)을 거치게 된다. 그러면서 제3 음이온 발생부(314)에서 발생된 또 다른 음이온 및 양이온이 상기 1,2차 음이온 접촉반응실(316)(317)을 거치면서 제거되지 않은 악취 물질과 접촉 및 반응하여 악취 물질의 분자 결합 또는 이온 결합을 파괴하며, 배기가스 중의 산소와 반응하여 탄산가스와 수증기 등으로 반응이 이루어진다. 그리고, 이렇게 하여 3차 음이온 접촉반응실(318)을 거친 정화된 배기가스는 카본 충진층(315)를 거쳐 잔류 오존을 제거하고 최종적으로 공기배출부(340)를 통해 대기로 배출된다. 이상에 의해 본 발명에 따른 비방전식 산업용 공기정화 장치에 의한 일련의 공기정화 과정은 완료된다.

한편, 이상과 같은 본 발명의 악취 제거 장치를 산업 현장에 적용하여 사용함에 있어서, 오직 본 발명의 악취 제거 장치만을 단독으로 사용할 수도 있고, 경우에 따라서는 기존의 공기정화 혹은 악취 저감 장치(방식)들, 예를 들면 세정법, 약액흡수법, 흡착법, 연소법, 촉매식 탈취법, 생물탈취법, 소취제 분무법 등과 병행하여 사용할 수도 있다. 장치의 외관 및 내부 구조, 배열 순서도 현장 여건에 따라 변경 가능하다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 악취 제거 장치는 고압 방전에 의하지 않고도 오존, OH 라디칼 및 다단계 음이온 발생부에 의해 충분한 양의 음이온을 공급함으로써 배기가스 중에 함유되어 있는 악취물질 및 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

1. OH 라디칼을 공기가 유입된 입구부에 공급하여 상기 공기에 포함된 악취 및 오염 성분을 산화 및 분해 처리하는 라디칼 공급부;

   상기 라디칼 공급부에 의해 처리된 상기 공기의 음이온 접촉 반응을 위해 음이온을 발생시킴으로써 상기 공기에 남은 악취 및 오염 성분을 추가적으로 제거 처리하는 음이온 발생기; 및

   상기 라디칼 공급부 및 상기 음이온 발생기와 전기적으로 연결되어 상기 라디칼 공급부 및 상기 음이온 발생기를 순차적으로 작동 제어하는 제어부를 포함하고,

   상기 음이온 발생기는

   공기의 유입/유출부를 제외하고는 전체적으로 직육면체형의 본체를 가지며, 그 본체가 지표면에 대해 수평으로 설치되고, 정화대상의 악취 및 오염 기체를 내부로 받아들여 필터링 및 다단계의 음이온 접촉반응에 의해 정화하는 본체;

   상기 본체와 파이프 라인으로 연결되며, 본체 내부에 음이온의 발생을 위한 열의 공급 매체로서의 가열 유체를 공급하기 위해 유체를 가열하는 가열부;

   상기 본체와 가열부 사이의 파이프 라인 상에 설치되며, 가열부에 의해 가열된 유체를 본체 내부로 순환 이동시키는 순환 펌프; 및

   상기 본체의 기체 출구 측에 기계적으로 연결되며, 본체에 의해 정화된 공기를 본체의 외부로 강제로 배출하는 공기 배출부를 포함하는 악취 제거 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 라디칼 공급부는

   상기 라디칼을 발생하는 라디칼 발생부;

   상기 라디칼 발생부에 의해 발생된 라디칼을 저장하는 라디칼 저장조;

   상기 OH 라디칼의 농도를 높이는 알카리 수용액 저장조; 및

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 라디칼 저장조에 저장된 상기 라디칼을 상기 음이온 발생기로 이송시키는 이송 펌프를 포함하는 악취 제거 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 라디칼 발생부는 오존과 물의 조합 공정, 펜톤 산화, 오존과 과산화수소의 조합공정, 과산화수소와 자외선 빔 조합공정 중의 하나에 의해 OH 라디칼을 발생하는 악취 제거 장치.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,

   상기 본체의 내부에는

   입구부를 통해 본체 내부로 유입된 악취 및 오염 물질을 1차적으로 필터링하여 0.5㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 먼지 및 이물질을 걸러내는 부분으로 2중 필터구조로 된 필터부;

   상기 필터부와 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 필터부를 거쳐 먼지와 이물질이 제거된 공기의 1차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제1 음이온 발생부;

   상기 제1 음이온 발생부와 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 제1 음이온 발생부를 거쳐 1차 음이온 접촉반응을 한 공기의 2차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제2 음이온 발생부; 및

   상기 제2 음이온 발생부와 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 제2 음이온 발생부를 거쳐 2차 음이온 접촉반응을 한 공기의 3차 음이온 접촉반응을 위해 음이온을 발생시키는 제3 음이온 발생부가 순차적으로 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 악취 제거 장치.
6. 제5항에 있어서, 잔류 오존을 제거하기 위하여 카본 충진층이 상기 제3 이온 발생부에서 일정 거리 이격되어 형성되는 악취 제거 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 가열부의 가열 탱크 내에는 가열 유체의 온도를 감지하기 위한 제1 센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 악취 제거 장치.
8. 제1 항에 있어서, 상기 공기 배출부의 공기배출관 내에는 배출되는 공기의 농도를 검출하기 위한 제2 센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 악취 제거 장치.
9. 제8 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 센서로부터의 배출가스의 농도 감 지 신호에 따라 상기 가열부의 가열원에 가열 정도를 조절하는 제어신호를 전송하여 가열원이 열의 발생량을 가감하도록 함으로써, 상기 각 음이온 발생부에 공급되는 열에너지의 양을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 악취 제거 장치.
10. 제5 항에 있어서, 상기 본체에는 1차, 2차, 및 3차 음이온 접촉 반응실가 잇으며, 상기 각 반응실 내부에는 상기 각 반응실 내부의 온도를 감지하기 위한 제3 센서가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 악취 제거 장치.
11. 제1 항에 있어서, 분사 노즐과 다공판, 자동변수 장치가 있는 제 1, 제 2, 제 3 오존 및 라디칼 발생실을 더 포함하는 악취 제거 장치.

Images