KR100990134B1 - 전기변동 흡착 반응기의 재생장치와 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기변동 흡착 반응기의 재생장치와 그 방법에 관한 것으로, 그 목적은 휘발성 유기화합물을 흡착하는 전기변동 흡착 반응기의 흡착용량이 포화시 활성탄소섬유에 전기를 허용하여 온도를 상승시켜 별도의 부대시설이 필요하지 않으며 탈착되는 휘발성유기화합물이 고순도여서 재사용이 가능토록 효율적으로 포화흡착된 흡착제의 재생하는 장치와 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 전기변동 흡착반응기의 재생장치에 있어서, 휘발성유기화합물로 포화흡착된 흡착반응기의 활성탄소섬유에 삽입되도록 활성탄소섬유의 단면형상에 따라 규칙적으로 다수개가 배열된 (+), (-)전극과; 상기 (+), (-)전극이 설치되고, 설치된 (+), (-)전극 사이마다 규칙적으로 가스관이 배열 형성되고, 하부에는 흡착반응기 상부와 밀봉되는 실링용 고무가 형성된 절연판과; 상기 절연판 상부에 위치하여 밀봉 결합되고, 휘발성유기화합물 배출용 진공흡입구멍이 형성된 가압판과; 가압판과 연결된 샤프트를 승하강 시키는 에어실린더;로 구성된 전기변동 흡착 반응기의 재생장치와 이를 이용한 재생방법을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.
전기변동 흡착반응기, 재생장치, 휘발성유기화합물, 활성탄소섬유, 전극

Description

전기변동 흡착 반응기의 재생장치와 그 방법{Apparatus for recycling VOC by electric swing adsorption equipment and method thereof}
본 발명은 전기변동 흡착 반응기의 재생장치와 그 방법에 관한 것으로, 자세하게는 소규모 또는 간헐적으로 발생하는 휘발성 유기화합물의 처리에 이용되는 전기변동흡착 반응기의 흡착용량 포화시 흡착반응기를 재생반응기에서 재생하여 다시 흡착에 활용할 수 있도록 한 재생장치와 방법에 관한 것이다.
종래 흡착이 포화된 흡착반응기를 재생하기 위하여 강한 진공을 사용하는 압력변동 흡착법(Pressure Swing Adsorption, PSA)과 외부에서 강한 열을 주거나 고온의 공기 또는 스팀을 통과시키면서 탈착과정을 진행하는 열변동흡착법(Thermal Swing Adsorption, TSA), 또는 이러한 두가지 원리를 혼합한 압력-열변동 흡착법(PTSA)을 사용하고 있다.
하지만 상기 압력변동 흡착법(Pressure Swing Adsorption, PSA)은 대규모의 진공펌프 또는 열원시설과 방대한 부대시설이 필요하여 경제성에서 많은 단점을 가지고 있다.
또한 상기 열변동흡착법(Thermal Swing Adsorption, TSA)은 탈착된 휘발성유기화합물이 다시 희석되므로 추가의 처리 시설이 필요한 단점이 있다.
마찬가지로 상기한 두가지 방법을 혼합한 압력-열변동 흡착법(PTSA)은 전술한 두가지 문제를 함께 가지고 있다.
또한 본 출원인의 선출원 등록건인 특허 제 10-0591271호(2006년 06월 12일 등록)가 있는데, 이 특허는 전기변동흡착법을 이용한 휘발성유기화합물의 처리 방법이 있다.
하지만 본 출원인의 선행 특허는 활성탄소섬유의 양단에 전기를 통전함으로써 부분적인 스파크의 발생과 위치별 온도 편차가 매우 크다는 단점을 보이고 있다.
또한 탈착된 휘방성유기화합물을 한쪽면을 통하여 회수하므로 매우 큰 진공 시설이 필요하다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 휘발성 유기화합물을 흡착하는 전기변동흡착반응기의 흡착용량이 포화시 활성탄소섬유에 전기를 허용하여 온도를 상승시켜 별도의 부대시설이 필요하지 않으며 탈착되는 휘발성유기화합물이 고순도여서 재사용이 가능토록 효율적으로 포화흡착된 흡착제의 재생하는 장치와 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기화합물을 흡착하는 전기변동흡착 반응기의 흡착용량이 포화되어 포화흡착된 흡착제를 재생하기 위해 전기를 통전시 전극을 전기변동흡착 반응기와 별도로 구비하여 탈착할 때만 적용되도록 하여 내구성이 향상되며 흡착제의 충전 부피가 증가되도록 한 재생장치와 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기화합물을 흡착하는 전기변동흡착 반응기의 흡착용량이 포화되어 포화흡착된 흡착제를 재생시 전기를 통전하기 위한 전극의 (+)극과 (-)극이 교대로 설치된 핀 형태의 일체형 전극을 이용하여 흡착반응기의 온도를 올리고 이를 이용하여 탈착시키는 재생장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기화합물을 흡착하는 전기변동흡착 반응기의 흡착용량이 포화되어 포화흡착된 흡착제를 재생시 흡착반응기 내부에 균일한 형 태로 삽입된 다공성 가스관을 설치하여 탈착이 용이하고 균일한 온도분포가 이루어지도록 한 재생장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 전기변동 흡착반응기의 재생장치에 있어서,
휘발성유기화합물로 포화흡착된 흡착반응기의 활성탄소섬유에 삽입되도록 활성탄소섬유의 단면형상에 따라 규칙적으로 다수개가 배열된 (+), (-)전극과;
상기 (+), (-)전극이 설치되고, 설치된 (+), (-)전극 사이마다 규칙적으로 가스관이 배열 형성되고, 하부에는 흡착반응기 상부와 밀봉되는 실링용 고무가 형성된 절연판과;
상기 절연판 상부에 위치하여 밀봉 결합되고, 휘발성유기화합물 배출용 진공흡입구멍이 형성된 가압판과;
가압판과 연결된 샤프트를 승하강 시키는 에어실린더;로 구성된 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치를 제공함으로써 달성된다.
상기 가압판은 절연판에 다수개가 규칙적으로 형성된 가스관으로부터 배출되는 휘발성유기화합물 가스를 모으기 위한 공간부가 하부에 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 (+), (-)전극은 핀 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 흡착반응기는 휘발성유기화합물 가스 배출구가 형성된 외부케이스의 내부에 위치되고, 이 흡착반응기 상부로 삽입되는 (+) (-)전극이 설치된 절연판 및 가압판은 샤프트에 설치되어 외부케이스 외부에 설치된 에어실린더에 의해 승하강하고, 에어실린더는 외부케이스 외부에 설치된 상하이송레버로 작동하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 외부케이스에 형성된 배출구는 진공펌프와 연결되고, 진공펌프는 휘발성유기화합물 가스를 응축하는 응축기와 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 흡착반응기는 절연판에 형성된 가스관에 대응하게 규칙적으로 배열형성된 다수개의 다공성 가스관이 삽입 형성된 흡착반응기인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 전기변동 흡착반응기의 재생방법에 있어서,
휘발성유기화합물로 포화흡착된 흡착반응기를 전기변동 흡착반응기 케이스로부터 분리 후, 핀 형태로 된 다수개의 (+)(-)전극이 활성탄소섬유의 단면형상에 따라 규칙적으로 배열되고, 다수개의 가스관이 규칙적으로 형성된 일체형 전극을 흡착반응기의 상부와 밀봉접촉시켜 다수개의 전극을 활성탄소섬유에 삽입시킨 후, 전기를 통전시켜 흡착반응기의 온도를 올려 고순도의 휘발성유기화합물을 탈착시켜 재생하고, 탈착된 고순도의 휘발성유기화합물은 다수개의 가스관을 통해 배출하여 응축하여 회수하는 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생방법을 제공함으로써 달성된다.
본 발명은 소규모 또는 간헐적으로 발생하는 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스로부터 휘발성 유기화합물을 선택적으로 흡착하여 제거하는 흡착반응기가 포화흡착시, 고정층 흡착반응기 양단에 전극을 설치하여 재생하는 종래의 기술과 달리 핀 형태의 (+)극과 (-)극을 일체로 한 전극을 사용함으로써 일정 간격으로 설치된 (+)극과 (-)극에 의하여 흡착반응기 내부의 온도가 균일하게 되는 장점과, 전압이 골고루 분산되므로 국부적인 스파크에 의한 발화의 위험을 제거하였다는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 활성탄소섬유에 전기를 허용하여 온도를 상승시키므로 별도의 부대시설이 필요하지 않으며 탈착되는 휘발성유기화합물이 고순도이므로 재사용이 가능하다는 장점이 있다.
또한 활성탄소섬유 충전시 일정한 간격으로 다공성 가스관을 삽입 설치하여 탈착이 용이하고 균일하게 이루어지도록 함으로써 종래의 진공펌프보다 작은 용량의 진공 펌프를 사용한다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변동 흡착 반응기의 재생 시스템 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 흡착반응기와 재생장치 전극이 연결되지 않은 상태를 보인 예시도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 흡착반응기를 재생하는 장치와 이로부터 탈착된 오염물질을 회수하는 장치로 구성됨을 알 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 휘발성유기화합물로 포화흡착된 흡착반응기(110)의 활성탄섬유(104)로 재생장치를 구성하는 외부케이스(101)에 설치된 상하이송레버(112)의 조작을 통하여 (-)전극(105)과 (+)전극(106)이 활성탄소섬유의 단면형상에 따라 일정한 간격으로 규칙적으로 다수개 설치된 전극을 활성탄소섬유층(104) 내부로 삽입되게 구성된다. 이때 상하이송레버(112)의 조작은 에어실린더(102)의 에어 공급에 의하여 샤프트(103)가 아래로 내려오는 역할을 수행하게 한다.
샤프트(103)에 의하여 내려온 (-)(+)전극은 흡착반응기(110)의 연결고리(107)가 설치된 상부면 위치까지 하강하여 맞물리게 된다. 보다 구체적으로 설명하면 (-)전극(105)과 (+)전극(106)이 설치된 절연판(116)의 하부에 위치한 실링용 고무(108)가 흡착반응기(110) 상부와 접촉밀봉되어 탈착되는 가스가 외부로 누출되지 않도록 유지된다.
(-)(+)전극이 활성탄소섬유에 삽입된 후 전기를 통하게 되면 활성탄소섬유의 온도가 상승하게 되므로 흡착되었던 휘발성유기화합물이 탈착하게 된다.
탈착된 가스는 활성탄소섬유에 규칙적으로 삽입되어 배열된 다공성 가스관(123)을 통해 유입된 후 상승하여 절연판에 형성된 가스관(118)을 통한 후, 가압판(117) 하부에 형성된 공간부(120)에서 모아진 다음 상부 일측에 형성된 진공흡입구멍(119)을 통해 호스(122) 등의 가스이송 수단을 경유 배출구(113)로 배출하게 되며, 진공펌프(114)의 동작으로 응축기(206)의 휘발성유기화합물 입구(201)에 도입된다.
도입된 휘발성유기화합물 가스는 응축기를 통과하면서 응축되어 응축된 휘발성 유기화합물 회수구(204)로 회수되고 깨끗한 가스만 정화된 가스 배출구(205)로 배출된다.
또한 응축기의 온도를 떨어뜨리기 위하여 냉각액이 입구(202)로 도입되어 출구(203)으로 배출되는데 도입되는 휘발성유기화합물의 유량에 맞게 조절하여 흘린다.
상기에서 절연판(116)에는 다수개의 (-)전극(105)과 (+)전극(106)이 규칙적으로 배열되고 설치되고, 마찬가지로, (-)전극(105)과 (+)전극(106) 사이에는 다수개의 가스관(118)이 절연판을 상하방향으로 규칙적으로 천공되어 형성되어 있다.
또한 절연판(116)은 상부에 위치한 진공흡입구멍(119)이 형성된 가압판(117)과 접하여 볼트(121) 결합되어 밀봉 지지되도록 구성된다.
상기 가압판(117)은 하부에 위치한 절연판(116)에 다수개가 규칙적으로 형성된 가스관(118)으로부터 유입되는 가스가 진공흡입구멍(119)을 통해 잘 배출되게 하기 위해 하부에 공간부(120)가 형성되어 다수개의 가스관으로부터 배출되는 가스가 모여진 후 진공흡입구멍(119)로 배출되도록 형성된다.
상기 다공성 가스관은 (+)(-) 전극이 삽입되는 위치를 피해서 상기 절연판에 형성된 가스관에 대응하게 규칙적으로 배열형성된 다수개의 다공성 가스관으로 활성탄소섬유에 미리 삽입되어 있다. 또한 활성탄소섬유층을 지지하고 한쪽으로 쏠리지 않는 역할도 한다. 또한 VOC를 흡착할 때에도 이미 활성탄소섬유층에 설치 되어 있다.
상기 (-)(+)전극에 전기를 통전하는 구성은 통상적인 구성이라 구체적인 구성설명은 생략하였다.
또한 상기 외부케이스(101)는 그 외부에 압력계(111)가 설치되는데, 이 압력계는 에어실린더(102)의 압력을 측정하기 위한 장치이다.
도 3은 본 발명에 따른 재생장치의 (+)극과 (-)극 및 가스관 및 진공흡입구멍을 표시한 예시도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 에어실린더 작동에 따라 샤프트가 승하강하여 절연판에 설치된 (+)극과 (-)극이 흡착반응기(110)의 활성탄섬유(104)에 삽입되거나 상승하게 됨을 알 수 있다.
도 4는 흡착반응기가 휘발성유기화합물을 흡착할 때 케이스에 연결된 흡착반응기의 구조를 예시도이고, 도 5는 흡착 반응기에 활성탄소섬유를 채우지 않은 상태를 표시한 예시도를 나타내고 있다를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 재생된 또는 신품의 흡착반응기가 휘발성유기화합물을 흡착할 때 장착되는 모양으로서 옆면의 입구(125)를 통하여 휘발성유기화합물을 포함하는 가스가 유입되면 벽면을 타고 흐르면서 필터(109)를 통과후 흡착반응기를 이루는 활성탄소섬유(104)에 전체에 골고루 유입되면서 흡착되는 구조를 가진다.
구체적으로 흡착반응기의 최외곽은 아크릴 재질로 케이스(124)로 구성하였으며 그 안에는 필터(109)를 타원형으로 장착하여 이물질의 혼입에 의한 흡착재인 활성탄소섬유(104)의 성능저하를 방지하였다. 흡착반응기 중심부에는 활성탄소섬유(104)를 장착하였으며 일정한 간격으로 다공성의 가스관(123)을 배치하여 재생시 탈착되는 가스를 균일하고 용이하게 배출할 수 있게 구성하였다.
또한 상기 케이스는 흡착반응기(110)에 설치된 연결고리(107)에 의해 상하가 분리되도록 구성된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변동 흡착 반응기의 재생 시스템 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 흡착반응기와 재생장치 전극이 연결되지 않은 상태를 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 재생장치의 (+)극과 (-)극 및 가스관 및 진공흡입구멍을 표시한 예시도이고,
도 4는 흡착반응기가 휘발성유기화합물을 흡착할 때 케이스에 연결된 흡착반응기의 구조를 예시도이고,
도 5는 흡착 반응기에 활성탄소섬유를 채우지 않은 상태를 표시한 예시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(101) : 외부 케이스 (102) : 에어 실린더
(103) : 샤프트 (104) : 활성탄소섬유
(105) : (-) 전극 (106) : (+) 전극
(107) : 연결고리 (108) : 실링용 고무
(109) : 필터 (110) : 흡착반응기
(111) : 압력계 (112) : 상하이송레버
(113) : 배출구 (114) : 진공펌프
(116) : 절연판 (117) : 가압판
(118) : 가스관 (119) : 진공흡입구멍
(120) : 공간부 (121) : 볼트
(122) : 호스 (123) : 다공가스관
(124) : 케이스 (125) : 입구
(201) : 탈착된 휘발성유기화합물 입구 (202) : 냉각액 입구
(203) : 냉각액 출구
(204) : 응축된 휘발성 유기화합물 회수구
(205) : 정화된 가스 배출구 (206) : 응축기

Claims (7)

  1. 전기변동 흡착반응기의 재생장치에 있어서,
    휘발성유기화합물로 포화흡착된 흡착반응기의 활성탄소섬유에 삽입되도록 활성탄소섬유의 단면형상에 따라 규칙적으로 다수개가 배열된 (+), (-)전극과;
    상기 (+), (-)전극이 설치되고, 설치된 (+), (-)전극 사이마다 규칙적으로 가스관이 배열 형성되고, 하부에는 흡착반응기 상부와 밀봉되는 실링용 고무가 형성된 절연판과;
    상기 절연판 상부에 위치하여 밀봉 결합되고, 휘발성유기화합물 배출용 진공흡입구멍이 형성된 가압판과;
    가압판과 연결된 샤프트를 승하강 시키는 에어실린더;로 구성된 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압판은 절연판에 다수개가 규칙적으로 형성된 가스관으로부터 배출되는 휘발성유기화합물 가스를 모으기 위한 공간부가 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (+), (-)전극은 핀 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡착반응기는 휘발성유기화합물 가스 배출구가 형성된 외부케이스의 내부에 위치되고, 이 흡착반응기 상부로 삽입되는 (+) (-)전극이 설치된 절연판 및 가압판은 샤프트에 설치되어 외부케이스 외부에 설치된 에어실린더에 의해 승하강하고, 에어실린더는 외부케이스 외부에 설치된 상하이송레버로 작동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 외부케이스에 형성된 배출구는 진공펌프와 연결되고, 진공펌프는 휘발성유기화합물 가스를 응축하는 응축기와 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡착반응기는 절연판에 형성된 가스관에 대응하게 규칙적으로 배열형성된 다수개의 다공성 가스관이 삽입 형성된 흡착반응기인 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생장치.
  7. 전기변동흡착반응기의 재생방법에 있어서,
    휘발성유기화합물로 포화흡착된 흡착반응기를 전기변동 흡착반응기 케이스로부터 분리 후, 핀 형태로 된 다수개의 (+)(-)전극이 활성탄소섬유의 단면형상에 따라 규칙적으로 배열되고, 다수개의 가스관이 규칙적으로 형성된 일체형 전극을 흡착반응기의 상부와 밀봉접촉시켜 다수개의 전극을 활성탄소섬유에 삽입시킨 후, 전기를 통전시켜 흡착반응기의 온도를 올려 고순도의 휘발성유기화합물을 탈착시켜 재생하고, 탈착된 고순도의 휘발성유기화합물은 다수개의 가스관을 통해 배출하여 응축하여 회수하는 것을 특징으로 하는 전기변동 흡착 반응기의 재생방법.
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