KR100949667B1 - 에너지절감형 상온 악취 및 ｖｏｃ 제거장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 악취 및 VOC 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 발진기부에 의해 광촉매와 열촉매를 활성화시켜 악취 및 VOC를 제거하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 악취 및 VOC가 포함된 유해가스의 입자상 불순물을 제거하는 집진기; 상기 집진기를 통과한 유해가스가 인입되는 입구부와, 상기 입구부를 통과한 유해가스가 통과하면서 이에 포함된 악취 및 VOC를 분해하도록 SnO2, 광촉매, 열촉매 및 백금촉매가 코팅된 허니콤 형태의 모노리스부와, 상기 광촉매와 상기 열촉매를 활성화시키는 고주파 발진기부와, 상기 모노리스부를 통과하면서 악취 및 VOC가 제거된 가스가 인출되는 출구부를 포함하는 촉매탑; 및 상기 고주파 발진기부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되고, 상기 모노리스부와 고주파 발진기부는 순차반복적으로 다단을 형성하는 것을 특징으로 한다..
악취, VOC, 광촉매, 열촉매
Description
본 발명은 악취 및 VOC 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 발진기부에 의해 광촉매와 열촉매를 활성화시켜 악취 및 VOC를 제거하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compound, 이하 'VOC'라 한다)이란 증기압이 높아 대기중으로 쉽게 증발되고, 대기중에서 질소산화물과 공존시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN(peroxy acetyl nitrate)등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학 스모그를 유발하는 물질을 총칭한다.
미국 EPA(Environmental Protection Agency, 환경보호청)의 정의에 따르면 대기중에서 태양광선에 의해 NOX와 광화학적 산화반응을 일으킴으로써 지표면의 오존농도를 증가시키는 모든 유기화합물들을 일컫는다.
이러한 VOC는 오존 등 광화학 스모그를 유발시키는 주 오염물질이며, 자외선 을 강하게 흡수하여 지구온난화를 유발시키고, 독성이 강한 발암성 물질로서 환경 및 건강에 나쁜 영향을 미치므로 VOC 감축을 대기질 관리의 주요 정책수단으로 이용하는 국가가 증가하는 추세이다.
한편, 이러한 VOC 물질을 제거하는 기술로는 직접연소법(thermal incineration), 흡착법(adsorption), 촉매연소법(catalytic incineration) 등이 있는 바, 직접연소법은 VOC 물질을 고온(700~1000℃)에서 직접 연소시켜 제거하는 방법으로 많은 양의 VOC 물질을 처리할 수 있는 장점이 있으나 부하변동이 심하거나 농도가 낮고 유량이 적을 경우에는 비경제적이며 시스템이 비교적 대형이어서 설치 면적이 많이 들게 되어 설비 확장이 어려운 단점이 있다.
그리고 흡착법은 활성탄 등과 같은 흡착제를 이용하여 VOC 물질을 흡착, 회수 혹은 제거하는 방법으로서 25% LEL(Low Expolsive Limit)이상 농도를 가진 VOC 물질을 제거할 수 있으며, 기존의 직접연소법 및 촉매연소법에 비해 설치비가 적게들고 활성탄에 흡착된 VOC 물질이 고가일 경우 회수에 비해 연간 운전비를 절감할 수 있는 장점이 있으나 케톤, 알데히드, 에스테르류와 같은 VOC 물질은 활성탄 표면에서 polymerization을 일으켜 활성탄의 미세공을 막아 흡착기능을 저하시키는 경향이 있고, 흡착을 통해서 발생된 폐기물(VOC 물질이 흡착된 활성탄)의 처리 등이 문제점으로 대두되고 있다.
이어서, 촉매연소법은 고정원에서 발생되는 VOC 물질을 촉매를 이용하여 연소시켜 제거하는 방법으로서 직접연소법에 비해 낮은 반응온도에서 VOC 물질을 효과적으로 제거할 수 있고, 따라서 반응온도가 낮기 때문에 연간 운전비(주로 연료 비)가 적게 들어 경제적이며 시스템이 compact하여 설비확장이 용이하다는 장점을 갖고 있어 가장 이상적인 VOC 처리법으로 사용되고 있다.
그런데 이와 같이 이상적인 VOC 처리법으로 사용되는 촉매연소법의 경우 종래에는 촉매를 일정한 반응온도까지 직/간접적으로 가열하여 활성화시키는 과정이 필요한 바, 촉매를 일정온도까지 가열하기 위한 가열장치에 대한 유지/보수 및 작동 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광촉매와 열촉매를 이용하여 악취 및 VOC를 제거할 때 광촉매와 열촉매를 활성화 온도까지 가열하기 위해 고주파 발진기부를 사용함으로써 별도의 가열장치가 필요 없어 에너지를 절약할 수 있고, 유지/보수 및 작동비용을 감소시킬 수 있는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치는, 악취 및 VOC가 포함된 유해가스의 입자상 불순물을 제거하는 집진기; 상기 집진기를 통과한 유해가스가 인입되는 입구부와, 상기 입구부를 통과한 유해가스가 통과하면서 이에 포함된 악취 및 VOC를 분해하도록 SnO2, 광촉매, 열촉매 및 백금촉매가 코팅된 허니콤 형태의 모노리스부와, 상기 광촉매와 상기 열촉매를 활성화시키는 고주파 발진기부와, 상기 모노리스부를 통과하면서 악취 및 VOC가 제거된 가스가 인출되는 출구부를 포함하는 촉매탑; 및 상기 고주파 발진기부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되고, 상기 모노리스부와 고주파 발진기부는 순차반복적으로 다단을 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광촉매는 아나타제(TiO2) 촉매인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열촉매는 페로브스카이트(Perovskite) 촉매인 것을 특징으로 한 다.
더불어, 상기 고주파 발진기부에는 상기 제어부에 의해 제어되는 팬이 구비되어 상기 고주파 발진기부가 과열되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 촉매탑에는 상기 입구부와 상기 출구부의 압력차를 측정하는 압력차 측정부가 추가로 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 집진기와 상기 촉매탑의 상기 입구부 사이에는 상기 집진기를 통과한 유해가스의 악취 및 VOC의 농도를 측정하는 농도검출기가 구비되어, 상기 농도검출기에서 측정된 데이터가 기준치 이하일 때에는 상기 유해가스가 상기 제어부에 의해 제어되는 밸브에 의해 상기 촉매탑으로 인입되지 않고 바이-패스되는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 모노리스부의 하단에는 배플이 구비된 것을 특징으로 한다.
이어서, 상기 배플은 격자판 형상인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 고주파 발진기부(117)에는 230nm~320nm의 파장을 발산하는 발진기와 980nm~1054nm의 파장을 발산하는 발진기가 각각 구비된 것을 특징으로 한다.
이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치를 이용하여 악취 및 VOC가 포함된 유해가스를 처리하면 종래 촉매를 일정한 반응온도까지 가열하기 위한 가열장치 없이도 고주파 발진기로 광촉매와 열촉매를 활성화시킬 수 있으므로 설비투자비용을 줄일 수 있고, 소요되는 에너지(전기 등)를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명을 구성하는 모노리스부와 고주파 발진부 및 배플의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치는 악취 및 VOC가 포함된 유해가스의 입자상 불순물을 제거하는 집진기(110); 상기 집진기(110)를 통과한 유해가스가 인입되는 입구부(113)와, 상기 입구부(113)를 통과한 유해가스가 통과하면서 이에 포함된 악취 및 VOC를 분해하도록 SnO2, 광촉매, 열촉매 및 백금촉매가 코팅된 허니콤 형태의 모노리스부(115)와, 상기 광촉매와 상기 열촉매를 활성화시키는 고주파 발진기부(117)와, 상기 모노리스부(115)를 통과하면서 악취 및 VOC가 제거된 가스가 인출되는 출구부(119)를 포함하는 촉매탑(120); 및 상기 고주파 발진기부(117)의 작동을 제어하는 제어부(130);를 포함하여 구성되고, 상기 모노리스부(115)와 상기 고주파 발진기부(117)는 순차반복적으로 다단을 형성하는 것을 특징으로 하는 바, 집진기(110)와 촉매탑(120) 및 제어부(130)의 구성과 역할에 대해 이하에서 각 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저 본 발명을 구성하는 집진기(集塵器, scrubber, 110)는 상술한 바와 같 이 악취 및 VOC가 포함된 유해가스의 입자상 불순물을 제거하는 역할을 하는데, 여기서 집진기(110)는 전기집진기로 구성되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서 촉매탑(120)은 입구부(113), 모노리스부(115), 고주파 발진기부(117), 출구부(119)를 포함하여 구성되는데, 입구부(113)는 상기 집진기(110)를 통과하면서 입자상 불순물이 제거된 유해가스가 인입되는 부분이고, 출구부(119)는 촉매탑(120)을 통과하면서 악취 및 VOC가 제거된 가스(CO2와 H2O로 구성된다)가 인출되는 부분이다.
그리고 촉매탑(120)에는 상기 입구부(113)와 출구부(119)의 압력차를 측정하는 압력차 측정부(140)가 추가로 구비될 수 있는데, 이와 같이 압력차 측정부(140)를 구비함으로써 후술할 모노리스부(115)에 이물질의 잔여 여부를 확인할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 모노리스부(115)의 하단에는 배플(150)이 구비될 수 있는데, 상기 배플(150)은 입구부(113)를 통과한 유해가스에 와류를 형성하기 위함이므로 격자판 형상으로 형성되는 것이 바람직할 것이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
더불어, 도 2에서는 모노리스부(115)와 고주파 발진기부(117)가 순차반복적으로 3개의 다단을 형성하되, 배플(150)은 최하층에 위치한 모노리스부(115)의 하단에 1개가 구비된 경우를 도시하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다단 을 형성하는 모노리스부(115)와 고주파 발진기부(117) 및 배플(150)의 개수는 설치 장소 및 VOC의 제거용량 등에 따라 다양하게 결정할 수 있을 것이다.
한편, 도 3은 본 발명을 구성하는 촉매탑의 모노리스부의 사시도이다.
도 3를 참조하여 모노리스부(115)를 좀 더 구체적으로 설명하면, 모노리스부(115)는 허니콤(Honeycomb) 형태의 담체(擔體)인데, 그 재질은 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 모노리스부(115)에는 입구부(113, 도 1 참조)를 통과한 유해가스에 포함된 악취 및 VOC를 분해할 수 있도록 SnO2, 광촉매, 열촉매 및 백금촉매가 코팅된다.
이 때, 상기 모노리스부(115)에 코팅되는 광촉매는 아나타제(TiO2) 촉매가 바람직하고, 열촉매는 페로브스카이트(Perovskite) 촉매가 바람직하다.
여기서 광촉매인 아나타제 촉매는 자외선을 받았을 때 마치 태양전지의 원리처럼 (-)전기를 가진 전자(e-)와 (+)전기를 가진 정공(h+)을 형성하고, 열촉매인 페로브스카이트 촉매는 열을 흡수하여 Lewis Acid와 Bronsted Acid Site의 수산화물(OH Radical)을 형성한다.
상술한 전자(e-)는 강한 환원력을 가지므로 백금촉매 위에서 VOC를 공기 중의 산소와 반응시키는 역할을 하고, 정공(h+)은 강산 산화력을 가지고 있으며 수산화물(OH Radical)과 활성산소(O-)를 생성하여 VOC를 산화시키게 된다.
이와 같은 아나타제 촉매와 페로브스카이트 촉매에 의해 VOC(특히 메틸아세 테이트(C3H6O2), 부틸아세테이트(C6H12O2), 메틸브로마이드(CH3Br))가 제거되는 과정을 화학반응식으로 보면 다음과 같다.
[화학식]
(1) CH3Br
CH3Br + 3O- → CO2 + H2O + HBr
(2) C3H6O2
C3H6O2 + 7O- → 3CO2 + 3H2O
(3) C6H12O2
C6H12O2 + 16O- → 6CO2 + 6H2O
추가적으로, 모노리스부(115)에 촉매를 코팅하는 과정을 살펴보면, 먼저 SnO2와 광촉매(특히, 아나타제 촉매) 및 열촉매(특히, 페로브스카이트 촉매)를 코팅하고 대기중에서 1차 건조한 후, 진공로에서의 2차 건조를 거쳐 마지막으로 소성로에서 구워 SnO2와 광촉매 및 열촉매의 코팅을 완료한다.
이 후, 백금촉매를 코팅하고 대기중에서 1차 건조한 후, 진공로에서의 2차 건조를 거쳐 마지막으로 소성로에서 구우면 본 발명을 구성하는 모노리스부(115)가 완성되는 것이다.
한편, 모노리스부(115)는 도시된 바와 같이 중공의 직육면체 형상이되 상·하에 결합 날개부(213)가 형성된 케이스(210)에 삽입되어 고정되는 것이 바람직하며, 케이스(210)의 형상은 모노리스부(115)가 삽입된 상태에서 모노리스부(115)를 지지하는 형상이라면 그 어떤 형상이라도 가능할 것이다.
이어서 도 4는 본 발명을 구성하는 촉매탑의 고주파 발진기부의 사시도이다.
도 4를 참조하여 고조파 발진기부(117)를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 고주파 발진기부(117)는 상기 광촉매와 상기 열촉매를 활성화시키는데, 이 때 광촉매인 아나타제 촉매를 활성화시키는 파장은 230nm~320nm이고, 열촉매인 페로브스카이트 촉매를 활성화시키는 파장은 980nm~1054nm이므로 상기 고주파 발진기부(117)에는 230nm~320nm의 파장을 발산하는 발진기와 980nm~1054nm의 파장을 발산하는 발진기가 각각 1개 이상씩 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 고주파 발진기부(117)에는 제어부(130)에 의해 제어되는 팬(410)이 구비되는데, 이와 같이 고주파 발진기부(117)에 팬(410)을 구비함으로써 고주파 발진기부(117)가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 광촉매와 열촉매가 최적의 활성화 온도에 도달되도록 하기 위해 고주파 발진기부(117)가 작동하는 과정에서 필연적으로 열이 발생하게 되는데, 이와 같이 발생하는 열을 상기 고주파 발진기부(117)에 구비된 팬(410)의 구동에 의해 제거함으로써 결국 고주파 발진기부(117)가 과열되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
이어서 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명인 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 다양한 발생원에서 발생된 악취 및 VOC가 포함된 유해가스는 집진기(110)를 거치면서 입자상 불순물이 제거된다.
이 후, 입자상 불순물이 제거된 유해가스는 입구부(113)를 통해 촉매탑(120)으로 인입되고, 고주파 발진기부(117)에 의해 활성화된 광촉매 및 열촉매가 코팅된 모노리스부(115)를 거치면서 상술한 바와 같은 화학반응식을 거쳐 악취 및 VOC가 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 변하게 된다.
이어서 이와 같이 악취 및 VOC가 제거된 가스는 촉매탑(120)의 출구부(119)를 통해 외부로 배출되면서 유해가스에 포함된 악취 및 VOC 제거과정이 마무리된다.
이 때, 집진기(110)와 촉매탑(120)의 입구부(113) 사이에는 집진기(110)를 통과한 유해가스의 악취 및 VOC의 농도를 측정하는 농도검출기(170)가 구비되어, 농도검출기(170)에서 측정된 데이터가 기준치 이하일 때에는 상기 유해가스가 제어부(130)에 의해 제어되는 밸브(160)에 의해 촉매탑(120)으로 인입되지 않고 바이-패스된다.(도 1의 'A'경로를 통해 바이-패스된다.)
즉, 농도검출기(170)에서 측정된 데이터가 기준치 이상일 때에는 제어부(130)에서 밸브(160)를 작동하여 유해가스가 촉매탑(120)으로 인입되도록 하고, 기준치 이하일 때에는 제어부(130)에서 밸브(160)를 반대로 작동하여 유해가스가 촉매탑(120)으로 인입되지 않고 바이-패스되도록 함으로써 본 발명의 작동효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
또한, 농도검출기(170)에서 측정된 데이터가 기준치 이상인 경우에도 상황에 따라 제어부(130)에서 고주파 발진기부(117)의 작동여부를 제어함으로써 에너지(전기)의 소비효율을 높일 수 있다.
즉, 유해가스에 포함된 악취 및 VOC의 농도가 매우 높은 경우에는 촉매탑(120)에 구비된 고주파 발진기부(117)를 모두 작동시켜 악취 및 VOC의 제거효율을 높일 수 있고, 반대로 유해가스에 포함된 악취 및 VOC의 농도가 낮은 경우에는 촉매탑(120)에 구비된 고주파 발진기부(117) 중 일부만을 작동시킴으로써 결과적으로 고주파 발진기부(117)를 작동시키기 위해 소요되는 에너지를 탄력적으로 조절할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명을 이용하여 악취 및 VOC가 포함된 유해가스를 처리하면 종래 촉매를 일정한 반응온도까지 가열하기 위한 가열장치 없이도 고주파 발진기로 광촉매와 열촉매를 활성화시킬 수 있으므로 설비투자비용을 줄일 수 있고, 소요되는 에너지(전기 등)를 줄일 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변 형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치의 구조를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명을 구성하는 모노리스부와 고주파 발진부 및 배플의 분해사시도;
도 3은 본 발명을 구성하는 촉매탑의 모노리스부의 사시도; 및
도 4는 본 발명을 구성하는 촉매탑의 고주파 발진기부의 사시도이다.
***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***
110 : 집진기 113 : 입구부
115 : 모노리스부 117 : 고주파 발진부
119 : 출구부 120 : 촉매탑
130 : 제어부 140 : 압력차 측정부
150 : 배플 160 : 밸브
170 : 농도검출기 210 : 케이스
213 : 날개부 410 : 팬
Claims (9)
- 악취 및 VOC가 포함된 유해가스의 입자상 불순물을 제거하는 집진기(110);상기 집진기(110)를 통과한 유해가스가 인입되는 입구부(113)와, 상기 입구부(113)를 통과한 유해가스가 통과하면서 이에 포함된 악취 및 VOC를 분해하도록 SnO2, 광촉매, 열촉매 및 백금촉매가 코팅된 허니콤 형태의 모노리스부(115)와, 상기 광촉매와 상기 열촉매를 활성화시키는 고주파 발진기부(117)와, 상기 모노리스부(115)를 통과하면서 악취 및 VOC가 제거된 가스가 인출되는 출구부(119)를 포함하는 촉매탑(120);상기 고주파 발진기부(117)의 작동을 제어하는 제어부(130); 및상기 모노리스부(115)의 하단에 구비되는 배플(150);을 포함하여 구성되고, 상기 모노리스부(115)와 고주파 발진기부(117)는 순차반복적으로 다단을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 광촉매는아나타제(TiO2) 촉매인 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 열촉매는페로브스카이트(Perovskite) 촉매인 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 고주파 발진기부(117)에는상기 제어부(130)에 의해 제어되는 팬(410)이 구비되어 상기 고주파 발진기부(117)가 과열되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 촉매탑(120)에는상기 입구부(113)와 상기 출구부(119)의 압력차를 측정하는 압력차 측정부(140)가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 집진기(110)와 상기 촉매탑(120)의 상기 입구부(113) 사이에는상기 집진기(110)를 통과한 유해가스의 악취 및 VOC의 농도를 측정하는 농도 검출기(170)가 구비되어, 상기 농도검출기(170)에서 측정된 데이터가 기준치 이하일 때에는 상기 유해가스가 상기 제어부(130)에 의해 제어되는 밸브(160)에 의해 상기 촉매탑(120)으로 인입되지 않고 바이-패스되는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 배플(150)은 격자판 형상인 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 고주파 발진기부(117)에는 230nm~320nm의 파장을 발산하는 발진기와 980nm~1054nm의 파장을 발산하는 발진기가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 에너지절감형 상온 악취 및 VOC 제거장치.
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| JP2004267919A (ja) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Osaka Gas Co Ltd | 燃焼排ガス処理装置および処理方法 |
| KR20050109311A (ko) * | 2004-05-13 | 2005-11-21 | 한국전기연구원 | 마이크로파 가열 장치를 구비한 디젤 매연 필터 시스템 |
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