KR101006914B1

KR101006914B1 - 촉매식 오존분해장치

Info

Publication number: KR101006914B1
Application number: KR1020100068411A
Authority: KR
Inventors: 손민영; 임봉기; 이진구; 박형기
Original assignee: 주식회사 퓨어스피어
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2011-01-13

Abstract

본 발명은 촉매식 오존분해장치에 관한 것이다. 본 발명은 배오존 가스가 유입되는 하우징에, 하우징의 외곽을 따라 설치되는 열교환기와, 배오존 가스를 일정한 온도로 가열하는 히터가 일체형으로 설치된다. 열교환기에서는 유입된 배오존 가스와 오존이 분해된 가스 사이에서 열교환이 이루어지고, 히터는 배오존 가스를 일정한 온도로 가열하게 된다. 또한, 히터에 의해 가열된 배오존 가스를 촉매와 반응시켜 오존을 분해하는 촉매 반응기를 더 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 오존 분해에 필요한 히터, 열교환기 및 촉매 반응기와 같은 장치를 일체형으로 제작되므로 설비의 설치 공간이 감소하고 공간활용이 증대되는 효과가 있고, 열교환 효율이 향상되고, 더 나아가서 전체적인 에너지 효율도 향상되는 효과가 있다.

Description

촉매식 오존분해장치{Catalytic ozone decomposition apparatus}

본 발명은 촉매식 오존분해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온 영역에서 오존 분해 성능을 높일 수 있고 오존 분해를 위한 열교환기 및 히터가 촉매 반응기와 일체형으로 제작되는 촉매식 오존분해장치에 관한 것이다.

물에 용해되지 않은 오존화 공기는 각 오존 반응조의 상부에서 수집되고 오존을 파괴시켜 오존 농도가 일정 수준 이하가 되도록 처리되어야 한다. 이와 같이 오폐수에 존재하는 오존을 분해하기 위해 종래에는 반응탑, 제습기, 히터, 열교환기 및 촉매 반응기 등으로 구성된 설비를 사용하였다.

이와 같은 종래의 오존분해장치에 의하면 약 370℃로 오존가스를 가열하여야 하므로 고온에서의 제어가 어려운 문제가 있었다. 따라서, 이를 방지하기 위해 히터 및 열교환기를 설치하고, 별도의 촉매 반응기를 설치하여 약 45℃의 저온 영역에서 오존분해가 이루어지도록 하였다.

하지만, 이와 같이 히터 및 열교환기가 설치되더라도 촉매 반응기와 서로 분리되어 있어 오존분해설비의 규격이 매우 커지는 문제가 있고, 설치 공간도 협소해지는 문제점이 있었다. 또한, 설비의 규격에 비하여 열교환 효율이 떨어져 전체적으로 에너지가 증가하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오존 분해에 필요한 히터, 열교환기 및 촉매 반응기와 같은 장치를 일체형으로 제작하여 저온 영역 하에서 오존 분해가 완전하게 이루어질 수 있도록 하고 열교환 효율도 향상시킬 수 있는 구조를 가진 촉매식 오존분해장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 배오존 가스가 유입되는 하우징과; 상기 하우징의 외곽을 따라 설치되고, 유입된 배오존 가스와 오존이 분해된 가스 사이에서 열교환이 이루어지는 열교환기와; 상기 하우징의 내부에 설치되어 배오존 가스를 일정한 온도로 가열하는 히터와; 상기 히터에 의해 가열된 배오존 가스를 촉매와 반응시켜 오존을 분해하는 촉매 반응기를 포함한다.

상기 열교환기는, 유입되는 배오존 가스가 통과하는 유입 열교환부와; 상기 촉매 반응기와 유입 열교환부의 사이에 형성되어 오존이 분해된 가스가 통과하는 배출 열교환부를 포함하고, 상기 가스가 배출 열교환부를 통과하면서 상기 유입 열교환부를 통과하는 배오존 가스와 열교환이 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 촉매 반응기의 내부에는 다수개의 메쉬망이 다층으로 설치됨을 특징으로 한다.

상기 촉매 반응기의 내벽에는 배오존 가스가 내벽 쪽으로 집중되는 것을 방지하고 중심 쪽으로 흐름을 유도하기 위한 유도체가 설치됨을 특징으로 한다.

상기 유도체는 상기 메쉬망의 하단을 지지하고, 상기 유도체에는 상기 촉매 반응기의 중심 쪽을 향해 유도면이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 유입 열교환부는 원통 형상의 하우징의 외곽에 일정한 간격으로 배치된 다수개의 파이프로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 히터는 상기 하우징의 하부에 설치되고, 상기 히터의 상방에 상기 촉매 반응기가 설치됨을 특징으로 한다.

상기 배오존 가스가 유입되는 유입실과, 상기 히터와 촉매 반응기의 사이에는 배오존 가스의 흐름을 균일하게 하기 위한 분산기가 각각 설치됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 오존 분해에 필요한 히터, 열교환기 및 촉매 반응기와 같은 장치를 일체형으로 제작되므로, 전체적인 오존분해장치의 크기가 감소하므로 설비의 설치 공간이 감소하고 공간활용이 증대되는 효과가 있다.

또한, 배오존 가스와 오존이 분해된 가스 사이에 열교환이 이루어지도록 제작함으로써, 열교환 효율이 향상되고, 더 나아가서 전체적인 에너지 효율도 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매식 오존분해장치의 부분절개 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매식 오존분해장치를 개략적으로 보인 측면도.
도 3은 본 발명에 의한 촉매식 오존분해장치에 의해 오존이 분해된 것을 보인 그래프.

이하 본 발명에 의한 촉매식 오존분해장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매식 오존분해장치의 부분절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매식 오존분해장치를 개략적으로 보인 측면도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 촉매식 오존분해장치는 배오존 가스가 유입되는 하우징(1)과; 상기 하우징(1)의 외곽을 따라 설치되고, 유입된 배오존 가스와 오존이 분해된 가스 사이에서 열교환이 이루어지는 열교환기(10)와; 상기 하우징(1)의 내부에 설치되어 배오존 가스를 일정한 온도로 가열하는 히터(20)와; 상기 히터(20)에 의해 가열된 배오존 가스를 촉매와 반응시켜 오존을 분해하는 촉매 반응기(30)를 포함한다.

먼저, 상기 하우징(1)은 대략 원통 형상의 용기로 제작된다. 상기 하우징(1)의 상부에는 배오존 가스가 유입되는 유입구(3)가 상방으로 연장되어 형성되고, 상기 유입구(3)로 유입된 배오존 가스는 유입실(5)로 유입된다. 상기 유입실(5)은 상기 하우징(1)의 상부에 형성된 공간으로서, 상기 촉매 반응기(30)의 상방에 위치한다.

도 2를 참조하면, 상기 유입실(5)에는 배오존 가스의 흐름을 균일하게 하기위한 분산기(6)가 설치된다. 상기 분산기(6)는 대략 프로펠러 형상으로서, 배오존 가스가 균일한 흐름으로 열교환기(10) 쪽으로 유입될 수 있도록 한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 유입실(5)의 측벽에는 관통공(7)이 형성되어 있다. 상기 관통공(7)은 다수개가 측벽에 형성될 수 있고, 이를 통해 배오존 가스는 열교환기(10) 쪽으로 유입될 수 있다.

원통 형상의 상기 하우징(1)의 외곽에는 열교환기(10)가 설치된다. 상기 열교환기(10)는 새로 유입되는 배오존 가스와 오존이 분해된 가스 사이에 열교환이 이루어지는 부분이다. 이를 위해, 상기 열교환기(10)는 유입되는 배오존 가스가 통과하는 유입 열교환부(12)와 오존이 분해된 가스가 통과하는 배출 열교환부(34)로 구성된다. 즉, 상기 열교환기(10)로는 배오존 가스가 통과하게 되고, 배오존 가스는 촉매 반응을 통해 오존이 분해된 가스와 열교환이 이루어지는 것이다. 이는 도 2에 잘 도시되어 있다. 이와 같이 상기 열교환기(10)가 별도로 설치되지 않고, 하우징(1) 내에 일체형으로 설치됨으로써 열교환 효율도 향상시킬 수 있고 오존분해장치의 공간 효율도 향상된다.

본 실시예에서 상기 유입 열교환부(12)는 다수개의 파이프로 구성된다. 상기 파이프는 원통 형상의 하우징(1)의 외곽을 둘러 설치된다. 상기 파이프는 다수개가 일정한 간격으로 설치되고, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 하우징(1)의 외곽 일부에만 형성될 수도 있고, 하우징(1)의 외곽 전체에 걸쳐 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 유입 열교환부(12)의 상단에는 상기 관통공(7)을 통과한 배오존 가스가 유입 열교환부(12)로 유입되기 위한 파이프공(14)이 각각 형성된다. 또한, 상기 유입 열교환부(12)를 통과하여 상기 하우징(1)의 하단으로 이동된 배오존 가스는 관통공(16)을 통해 히터실(22)로 유입된다.

상기 하우징(1)의 하단에 형성된 히터실(22)에는 다수개의 히터(20)가 설치된다. 본 실시예에서는 히터(20)로서 가열 파이프를 예로 들었는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 단일의 히터가 설치될 수도 있다. 상기 히터(20)는 히터실(22)로 유입된 배오존 가스를 일정한 온도로 가열하여 오존이 보다 효과적으로 분해될 수 있도록 한다. 예를 들어, 본 실시예에서 배오존 가스는 약 10℃로 유입되고, 히터(20)에 의하여 약 45℃로 가열된다. 이와 같이 상기 히터(20)가 별도로 설치되지 않고, 하우징(1) 내에 일체형으로 설치됨으로써 오존분해장치의 공간 효율이 향상될 수 있다.

한편, 상기 히터실(22)에는 상기 유입실(5)과 마찬가지로 분산기(24, 도 2 참조)가 설치된다. 상기 분산기(24)는 유입실(5)에 설치된 분산기(24)와 같이 배오존 가스가 균일하게 촉매 반응기(30)로 유입될 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 히터실(22)의 상방에는 배오존 가스의 촉매 반응을 위한 촉매 반응기(30)가 설치된다. 상기 촉매 반응기(30)는 히터(20)에 의해 가열된 배오존 가스를 촉매와 반응시켜 오존을 완전하게 분해하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 촉매 반응기(30)에는 펠릿 형태의 촉매가 투입되고, 다수개의 촉매층이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 촉매층이 4개의 층으로 형성되어 있는데, 이는 특별히 제한되지 않고 배오존 가스의 특성에 따라 다양하게 형성할 수 있다.

그리고, 상기 촉매 반응기(30)에는 촉매층의 사이마다 메쉬망(32)이 설치된다. 상기 메쉬망(32)은 좁은 간격으로 촘촘하게 형성된 망으로서, 촉매 반응기(30)를 통과하는 배오존 가스의 흐름을 균일하게 하는 역할을 한다. 다시 말해, 상기 메쉬망(32)은 상기 분산기(24)에 의해 배오존 가스의 흐름이 와류를 형성하여 촉매와 균일하게 반응하지 못하는 것을 방지하기 위해 층류로 전환시켜 주는 역할을 한다. 따라서, 배오존 가스는 다층으로 설치된 메쉬망(32)을 통과할 때마다 층류로 전환되어 촉매와 보다 효율적으로 반응하게 되고, 오존 또한 완전하게 분해될 수 있다.

또한, 상기 촉매 반응기(30)의 내벽에는 상기 메쉬망(32)의 하단을 지지하기 위한 유도체(34)가 설치된다. 상기 유도체(34)는 촉매 반응기(30)를 통과하는 배오존 가스가 촉매 반응기(30)의 횡단면에 걸쳐 균일하게 흐르지 않고 내벽 쪽으로 집중되는 것을 방지하기 위해 설치된 부분이다. 배오존 가스가 내벽 쪽으로 집중되면 리크(leak)가 발생하여 오존이 완전하게 분해되지 않은 상태로 외부로 빠져나갈 우려가 있다.

상기 유도체(34)에는 내벽 쪽으로 집중된 배오존 가스를 중심 쪽으로 흐르도록 하기 위해 유도면(36)이 형성된다. 상기 유도면(36)은 대략 'ㄱ'자 형상을 가지는 것으로 도시하였는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 촉매 반응기(30)의 중심 쪽을 향하여 곡면을 형성하도록 할 수도 있다.

한편, 상기 촉매 반응기(30)와 유입 열교환부(12)의 사이에는 배출 열교환부(40)가 형성된다. 상기 배출 열교환부(40)는 상기 촉매 반응기(30)의 상부와 연통되어 있어 촉매 반응기(30)를 통과하면서 오존이 분해된 가스는 배출 열교환부(40)로 유입된다. 상기 배출 열교환부(40)를 통과하는 가스는 하우징(1)의 일측에 형성된 배출구(42)를 통해 배출된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 촉매식 오존분해장치에 의해 오존이 분해되는 과정을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 하우징(1)의 유입구(3)를 통해 배오존 가스가 유입된다. 배오존 가스는 유입실(5)에서 분산기(6)의 회전에 의해 균일한 흐름으로 열교환기(10)의 유입 열교환부(12) 쪽으로 유입될 수 있다.

이와 같이 배오존 가스는 열교환기(10)의 유입 열교환부(12)를 통해 흐르게 되고, 하우징(1)의 하부까지 이동하게 된다. 배오존 가스가 유입 열교환부(12)를 통과하는 과정에서 오존이 분해된 가스와 열교환이 이루어진다. 본 실시예에서는 약 10℃의 온도로 유입된 배오존 가스는 배출 열교환부(40)를 통과하는 오존이 분해된 가스와 열교환을 통해 온도가 약간 상승하게 된다.

다음으로, 열교환이 이루어진 배오존 가스는 히터실(22)로 유입되어 히터(20)에 의해 소정의 온도(약 45℃)로 가열된다. 이와 같이 배오존 가스가 가열됨으로써 오존이 효과적으로 분해될 수 있는 환경에 놓여진다.

소정의 온도로 가열된 배오존 가스는 분산기(24)에 의해 촉매 반응기(30)로 균일하게 유입된다. 상기 분산기(24)는 배오존 가스가 촉매 반응기(30)의 단면에 걸쳐 고르게 유입될 수 있도록 한다.

상기 촉매 반응기(30)로 유입된 배오존 가스는 촉매와 화학반응을 통해 분해된다. 본 실시예에서는 다층으로 촉매층을 구성하고 각각의 촉매층 사이에 메쉬망(32)을 설치하여 메쉬망(32)을 통과할 때마다 배오존 가스가 와류를 형성하지 않도록 하였다. 따라서, 배오존 가스가 다층에 걸쳐 촉매 반응이 일어나기 때문에 완전하게 오존이 분해될 수 있다. 또한, 상기 촉매 반응기(30)의 내벽에 유도체(34)가 설치되어 있어 가스가 새어나가는 것을 방지할 수 있다.

상기 촉매 반응기(30)를 통과하면서 오존이 분해된 가스는 배출 열교환부(40)로 유입된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 가스는 다시 하방으로 흐르게 된다. 상기 배출 열교환부(40)를 통과하면서 가스는 유입 열교환부(12)를 통과하는 배오존 가스와 열교환을 하게 되고, 최종적으로 가스는 배출구(42)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 도 3 및 도 4에는 본 발명에 의한 촉매식 오존분해장치에 의해 오존이 분해된 것을 보인 그래프가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 도 3은 45℃의 반응온도 조건 하에서 오존 분해가 이루어진 것을 도시한 것인데 상기 조건에서 오존이 100% 분해된 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1 : 하우징 3 : 유입구
5 : 유입실 6 : 분산기
10 : 열교환기 12 : 유입 열교환부
14 : 파이프공 16 : 관통공
20 : 히터 22 : 히터실
24 : 분산기 30 : 촉매 반응기
32 : 메쉬망 34 : 유도체
36 : 유도면 40 : 배출 열교환부
42 : 배출구

Claims

배오존 가스가 유입되는 하우징과;
상기 하우징의 외곽을 따라 설치되고, 유입된 배오존 가스와 오존이 분해된 가스 사이에서 열교환이 이루어지는 열교환기와;
상기 하우징의 내부에 설치되어 배오존 가스를 일정한 온도로 가열하는 히터와;
상기 히터에 의해 가열된 배오존 가스를 촉매와 반응시켜 오존을 분해하는 촉매 반응기를 포함하는 촉매식 오존분해장치.
제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
유입되는 배오존 가스가 통과하는 유입 열교환부와;
상기 촉매 반응기와 유입 열교환부의 사이에 형성되고, 오존이 분해된 가스가 통과하는 배출 열교환부를 포함하고,
상기 가스가 배출 열교환부를 통과하면서 상기 유입 열교환부를 통과하는 배오존 가스와 열교환이 이루어짐을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.
제 2 항에 있어서,
상기 촉매 반응기의 내부에는 다수개의 메쉬망이 다층으로 설치됨을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.
제 3 항에 있어서,
상기 촉매 반응기의 내벽에는 배오존 가스가 내벽 쪽으로 집중되는 것을 방지하고 중심 쪽으로 흐름을 유도하기 위한 유도체가 설치됨을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.
제 4 항에 있어서,
상기 유도체는 상기 메쉬망의 하단을 지지하고, 상기 유도체에는 상기 촉매 반응기의 중심 쪽을 향해 유도면이 형성됨을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.
제 2 항에 있어서,
상기 유입 열교환부는 원통 형상의 하우징의 외곽에 일정한 간격으로 배치된 다수개의 파이프로 구성됨을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 히터는 상기 하우징의 하부에 설치되고, 상기 히터의 상방에 상기 촉매 반응기가 설치됨을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배오존 가스가 유입되는 유입실과, 상기 히터와 촉매 반응기의 사이에는 배오존 가스의 흐름을 균일하게 하기 위한 분산기가 각각 설치됨을 특징으로 하는 촉매식 오존분해장치.