KR101203737B1 - 유해배출가스 제거 장치 및 이를 포함하는 유해배출가스 제거 시스템 - Google Patents

유해배출가스 제거 장치 및 이를 포함하는 유해배출가스 제거 시스템 Download PDF

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Abstract

크기가 소형화되고, 촉매를 직접 가열할 수 있는 유해배출가스 제거 장치 및 이를 포함한 유해배출가스 제거 시스템에 대한 것이다. 이를 위한, 유해배출가스 제거 장치는, 일단부에 유해배출가스가 포함된 기체가 유입되는 유입공이 형성되고, 타단부가 막혀 있는 실린더 형상의 유입부와, 상기 유입부의 방사상 외측에 상기 유입부의 측면부와 연통 가능하도록 배치되어, 상기 유입부의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집하는 촉매들을 포함하는 제1필터부와, 상기 제1 필터부 내부 공간에 배치되어서, 상기 촉매들을 가열하는 가열부와, 상기 제1필터부의 방사상 외측에 상기 제1 필터부와 연통가능하도록 배치된 중간 혼합부와, 상기 중간 혼합부의 방사상 외측에 상기 중간 혼합부와 연통가능하게 배치되어, 상기 중간 혼합부의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집하는 제2 필터부와, 상기 제2 필터부와 연통하도록 배치되며, 일측단부에는 상기 제2 필터부를 통과한 기체가 외부로 배출되는 배출구가 형성된 배출부를 포함한다. 유해배출가스 제거 장치의 전체 크기를 소형화하면서도 기체에 포함된 유해배출가스를 효율적으로 제거할 수 있다.

Description

유해배출가스 제거 장치 및 이를 포함하는 유해배출가스 제거 시스템 {Reducing apparatus of VOC and Reducing system of VOC including the same}
산업용 설비에서 발생되는 유해배출가스를 제거하는 유해배출가스 제거 장치 및 이를 포함하는 유해배출가스 제거 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 제품을 도색하기 위한 도장 공정과 같은 산업용 설비에서 발생되는 휘발성 유기 화합물 (VOC: Volatile Organic Compounds), 차량의 운행시 발생하는 NOx와 같은 물질이 포함된 유해배출가스는 인체에 매우 유해한 성분이므로, 작업자가 흡입하지 못하도록 신속하게 제거해야 함과 아울러 실외로 방출되지 않게 하는 것이 바람직하다. 상기 유해배출가스의 제거에는 흡착 성능이 우수한 활성탄(이하‘촉매’라 함)을 사용하는 것이 일반적이다.
종래의 유해배출가스 제거 장치는 촉매가 포함된 하우징과, 히터와, 농축기를 포함하는 것이 일반적이다. 하우징은 복수의 촉매들을 포함한다. 히터는 상기 하우징에 포함된 촉매로 열을 가한다. 이는, 촉매를 이용하여 유해배출가스의 제거하기 위해서는 상기 촉매가 특정 온도 이상이 되어야 하기 때문이다. 농축기는 기체 내에 포함된 유해배출가스를 농축하여 특정 이상의 농도가 되게 한다.
상기와 같은 구조로 이루어진 종래의 유해배출가스 제거 장치에서 유해배출가스는 상기 촉매에 포집되면서 제거된다. 즉, 상기 촉매가 충진되어 있는 소정의 하우징 내부로 유해배출가스가 포함된 기체를 통과시키면 상기한 촉매에 유해배출가스가 포집된다. 상기 기체는 다시 실내로 방출되거나 대기 중으로 방출된다.
한편, 상기 농축기에 의해 기체 내의 유해배출가스의 함량이 많아야 유해배출가스를 제거하기가 용이한 것이 일반적이다. 그러나, 기체 내의 유해배출가스의 함량이 많아질수록, 상기 유해배출가스를 제거하기 위한 촉매를 포함하는 하우징의 크기도 커져야 한다. 그리고, 상기 하우징의 크기가 커질수록, 상기 촉매를 가열하기 위한 히터의 크기도 커져야 된다. 그러므로, 유해배출가스 제거 장치의 크기가 커져서 제조비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 상기 히터를 동작시키기 위한 유지 비용이 높게 소요되는 문제점이 있다. 또한, 상기 히터는 상기 하우징과 일정거리 떨어져서 상기 촉매를 간접적으로 가열하므로, 상기 히터에서 발생된 열이 상기 하우징으로 효율적으로 전달되기 어려운 문제점이 있다.
추가적으로 유해배출가스가 제거된 기체는 상기 촉매로부터 열을 전달받아 특정 온도의 열을 갖게 되는데 이를 유해배출가스 제거 과정에 재사용할 필요성이 있다.
따라서, 본 발명은 크기가 소형화되고, 촉매를 직접 가열할 수 있는 유해배출가스 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 촉매에 의해 가열된 기체로 유해배출가스를 포함하는 기체를 가열할 수 있는 유해배출가스 제거 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유해배출가스 제거 장치는, 일단부에 유해배출가스가 포함된 기체가 유입되는 유입공이 형성되고, 타단부가 막혀 있는 실린더 형상의 유입부와, 상기 유입부의 방사상 외측에 상기 유입부의 측면부와 연통 가능하도록 배치되어, 상기 유입부의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집하는 촉매들을 포함하는 제1 필터부와, 상기 제1 필터부 내부 공간에 배치되어서, 상기 촉매들을 가열하는 가열부와, 상기 제1필터부의 방사상 외측에 상기 제1 필터부와 연통가능하도록 배치된 중간 혼합부와, 상기 중간 혼합부의 방사상 외측에 상기 중간 혼합부와 연통가능하게 배치되어, 상기 중간 혼합부의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집하는 제2 필터부와, 상기 제2 필터부와 연통하도록 배치되며, 일측단부에는 상기 제2 필터부를 통과한 기체가 외부로 배출되는 배출구가 형성된 배출부를 포함한다.
그리고, 유해배출가스 제거 시스템은 전술한 구조로 이루어진 유해배출가스 제거 장치와, 유해배출가스 제거장치에 의해 정화된 기체와, 유해배출가스를 포함하는 기체가 서로 열전달 될 수 있게 하면서 각각 분리된 상태로 이동시키는 것으로, 유해배출가스 제거장치에 의해 정화된 기체에 포함된 열을 유해배출가스가 포함된 기체로 전달하는 열교환부를 포함한다.
본 발명에 따른 유해배출가스 제거 장치는, 가열부에 의해 촉매들이 직접적으로 가열됨으로써 상기 가열부에서 발생된 열이 상기 촉매들에 효율적으로 전달될 수 있다. 또한, 상기와 같이 하우징 내에 필터부와 촉매를 배치하고, 촉매를 직접 가열하는 구조에 의해 유해배출가스 제거 장치의 전체 크기를 소형화하면서도 기체에 포함된 유해배출가스를 효율적으로 제거할 수 있다.
그리고, 유해배출가스 제거 시스템은 특정 온도의 열을 갖는 정화된 기체를 정화되지 않은 기체를 가열하는데 재사용함으로써, 상기 촉매에서 발생되는 열손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유해배출가스 제거 장치에서 II-II 라인을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유해배출가스 제거 장치에서 III-III 라인을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 3의 변형예이다.
도 5는 도 3에 도시된 유해배출가스 제거 장치에서 촉매를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템에서 스크러버의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 9에 도시된 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템에서 스크러버의 다른예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유해배출가스 제거 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 유해배출가스 제거 장치에서 II-II 라인을 따라 취한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유해배출가스 제거 장치(100)는 하우징(110)과, 필터부(120)와, 가열부(140)를 포함한다.
하우징(110)의 한쪽에는 유해배출가스가 포함된 기체가 유입되는 유입공(114)이 형성된다. 그리고, 하우징(110)의 다른쪽에는 정화된 기체가 배출되는 배출공(117)이 형성된다. 산업 현장에서 발생된 유해배출가스를 포함하는 기체는 유입공(114)으로 유입된다. 이러한 하우징(110)의 양측에는 관로들이 각각 연통되게 설치될 수 있는 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 관로들 중 하나는 산업 현장 내의 기체를 하우징(110) 내부로 강제순환 또는 자연순환으로 유입시키며, 상기 유입공(114)과 만나는 흡입용 관로(111)이고, 나머지 하나는 하우징(110)을 거쳐서 정화된 기체가 배출되도록 유도하도록 상기 배출공(117)와 만나는 배출용 관로(112)이다.
필터부(120)는 상기 하우징(110) 내에 수용된다. 상기 필터부(120)는 상기 유해배출가스를 포집하는 복수의 촉매(130)들을 포함한다. 촉매(130)들은 상기 필터부(120) 내에 배치되어 유해배출가스를 포집한다. 상기 촉매(130)의 일예로, 백금계 산화 촉매(130)일 수 있다. 상기 백금계 산화 촉매(130)는 저온계 산화 촉매로서, 산화알루미늄(Al2O3)과 백금(Pt)을 혼합한 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 촉매는 200℃ 내지 300℃에서 주로 반응한다. 이와 다르게 촉매(130)는 니켈/코발트계 산화 촉매(130)일 수 있다. 상기 니켈/코발트계 산화 촉매(130)는 고온계 산화 촉매로서, 산화알루미늄(Al2O3)과 니켈/코발트(Ni/Co)를 혼합한 재료로 이루어진다. 이러한 촉매는 300℃ 이상에서 주로 반응한다.
또한, 상기 촉매(130)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 세라믹은 고온에서 구워서 제조한 비금속 무기질 고체 재료로서 많은 수의 다공이 형성된 것이다. 이와 같이 세라믹 재질로 이루어진 촉매(130)는 상기 다공에 의해 기체와 접촉되는 면적이 증가되어 더욱 많은 양의 유해배출가스를 포집할 수 있다.
가열부(140)는 상기 필터부(120) 내에 삽입되어 상기 촉매(130)에 직접적으로 열을 전달한다. 이러한 가열부(140)의 형상은 상기 필터부(120)의 길이방향을 따라 길게 형성된 봉(bar)형상 일 수 있다. 상기 촉매(130)들은 특정 온도, 예를 들어 100℃ 내지 600℃가 되어야 유해배출가스를 포집할 수 있다. 상기 가열부(140)에 전원이 공급되면 열을 발산하여 촉매(130)들을 직접적으로 가열한다. 이러한 가열부(140)의 일예로 발열 코일일 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 유해배출가스 제거 장치(100)는 상기 가열부(140)에 의해 촉매(130)들이 직접적으로 가열됨으로써 상기 가열부(140)에서 발생된 열이 상기 촉매(130)들에게 효율적으로 전달될 수 있다. 또한, 상기와 같이 하우징(110) 내에 필터부(120)와 촉매(130)를 배치하고, 촉매(130)를 직접 가열하는 구조에 의해 유해배출가스 제거 장치(100)의 전체 크기를 소형화하면서도 기체에 포함된 유해배출가스를 효율적으로 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은 무기물 필터(115h)를 더 구비할 수 있다. 상기 무기물 필터(115h)는 고온, 예를 들어 1600℃에서도 견딜 수 있는 소재로 무기물 유해배출가스 및/또는 입자성 물질을 포집하는 기능을 한다. 상기 무기물 필터(115h)의 일예로서 부직포 등의 소재일 수 있다. 상기 무기물 필터는 상기 무기물 입자성 물질을 포집하고 있다가, 가열되어서 상기 무기물 입자성 물질을 태우는 역할을 하게 된다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 필터부(120)의 상세한 구조의 일예로 상기 필터부(120)과 접하여서 방사상 내측 방향에는 유입공간(115)이 형성될 수 있다. 그리고, 한쪽은 상기 유입공(114)을 통하여 유입된 기체가 상기 유입공간(115)으로 유입될 수 있도록 개구되고, 상기 필터부의 다른쪽은 상기 기체가 배출되지 않도록 밀폐될 수 있다.
이러한 구조에 의하여 유해배출가스를 포함하는 기체는 유입공간(115)으로 유입되고, 유해배출가스는 촉매(130)에 포집된 다음 상기 필터부(120)의 외주면을 지나서 배출공간(118)를 통하여 배출구(117)를 통하여 외부로 배출된다.
따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유해배출가스 제거 장치는, 일측에 유입구(111)를 갖고 내부에 유입공간(115)을 가져서, 전체적으로 일측이 개구된 실린더 형상을 하는 유입부(113)와, 상기 유입부(113)의 측면부의 방사상 외측에 배치되는 필터부(120)와, 상기 필터부(120) 측면부의 방사상 외측에 배치된 배출공간(118) 및 상기 배출공간의 일단부에 배출구(117)를 가진 배출부(116)를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ라인을 따라 취한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 필터부(120)의 외주면은 주름지게 형성될 수 있다. 이러한 필터부(120)의 형상은 상기 촉매(130)들과 반응한 기체가 필터부(120)와 접촉되는 면적을 더욱 넓게 하여 단위시간당 많은 양의 기체가 필터링될 수 있게 한 것이다. 또한, 상기 필터부(120)에 주름이 증가될 수로 삼투압의 차이가 커지게 되고, 이러한 삼투압은 배합조건에 유리할 수 있다.
도 4는 도 3의 변형예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 필터부(120)가 제1 필터부(120a)와, 제2 필터부(120b)와, 가열부(140)와, 중간 혼합부(160)를 포함한다. 제1 필터부(120a)는 상기 유입 공간(115)의 방사상 외측에 상기 유입부의 측면부와 연통 가능하도록 배치된다. 상기 제1 필터부(120a)는 촉매(130)들을 포함한다. 상기 촉매(130)들은 상기 유입부의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집한다.
가열부(140)는 상기 제1 필터부(120a) 내부 공간에 배치되어서, 상기 촉매들 및 상기 제1필터부(120a)를 통과하는 기체들을 가열한다.
이 경우, 상기 가열부(140)는 일군의 제1 가열부재(140a)들과, 다른 일군의 제2 가열부재(140b)들을 포함할 수 있다. 제1 가열부재(140a)들은 상기 제1 필터부(120a) 내측 공간의 동일한 방사상 위치에서 서로 이격되며 상기 유입부의 유입공간(115)을 둘러싸도록 배치된다. 상기 인접하는 제1 가열부재(140a) 간에 이격을 두는 이유는 상기 제1 가열부재(140a)들로 인하여 상기 기체가 통과하는 면적이 감소하게 되어서, 상기 제1 필터부(120a)에 압력이 증가되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 제1필터부(120a)에 압력이 증가하게 되면, 부압으로 인하여 유입 공간으로 유입된 기체가, 유입 공간 방사상에 위치한 제1 필터부(120a)로 유입되지 않고, 다시 유입공으로 되돌아가는 현상이 발생하기 때문이다.
한편, 상기 인접하는 제1 가열부재(140a) 사이의 이격 거리는, 이들 사이에 배치되는 제2 가열부재(140b)의 폭과 동일하거나, 상기 폭보다 조금 작은 것이 바람직한데, 이는 후술하다시피 제2 가열부재(140b)와 함께, 상기 제1 필터부(120a)로 유입되는 기체 전부를 가열시키기 위함이다.
상기 제2 가열부재(140b)는 상기 제1 가열부재들의 방사상 외측에서, 상기 제1 가열부재들과 어긋나서 서로 이격되며 상기 유입부를 둘러싸도록 배치된다. 이 경우, 상기 인접하는 제2 가열부재(140b) 사이의 이격 거리는, 이들 사이에 배치되는 제1 가열부재(140a)의 폭과 동일하거나, 상기 폭보다 조금 작은 것이 바람직하다. 이에 따라서 제1 필터부로 유입된 기체는 제1 가열부재(140a) 및 제2 가열부재(140b)에 의하여 모두 가열될 수 있게 된다.
이 경우, 상기 제1 가열부재(140a)들은 상기 제1 필터부(120a)의 내측면으로부터 적절하게 이격되도록 형성되고, 상기 제1 가열부재(140a) 및 제2 가열부재(140b)와 상기 제1 필터부(120a) 내측면 사이에 촉매(130)들 중 일부가 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 기체가 가열부재(140a, 140b)들과 직접적으로 접촉하면 자연 발화될 위험이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 촉매에 의하여 먼저 화학 반응을 일으키도록 함으로써, 자연발화가 되지 않도록 한다.
중간 혼합부(160)는 상기 제1 필터부(120a)의 방사상 외측에 상기 제1 필터부(120a)와 연통 가능하도록 배치된다. 상기 중간 혼합부(160)는 상기 가열부(140)를 통하지 않아서 미가열되었거나, 가열된 온도가 낮은 기체들이, 상기 가열부(140)들을 통하여 완전히 가열된 기체와 균일하게 혼합시켜서, 상기 기체들을 균일하게 가열시키도록 한다. 상기 중간 혼합부(160)에는 상기 기체들이 잘 혼합되도록 공기층을 이룰 수 있다. 이 경우, 상기 공기층을 이루는 공기들이 혼합을 위하여 난류 흐름을 가질 수도 있다.
상기 제2 필터부(120b)는 상기 중간 혼합부(160)의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집한다. 상기 기체들이 중간 혼합부(160)를 통하여 충분히 가열됨으로써, 유해배출가스가 상기 촉매와 반응이 활발해지고, 따라서 촉매들의 포집 능력이 우수하게 된다.
한편, 상기 제2 필터부(120b)의 외측면에는 무기물 필터(115h)가 배치될 수 있다. 상기 무기물 필터는 상기 제2 필터부의 외측면을 둘러싸도록 배치되어서, 상기 제2 필터부(120b)를 통과한 가스 중에 무기물 및 입자성 입자를 포집한다.
이는, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부 내에 배치된 촉매는 후술하다시피, 백금계 산화 촉매 및/또는 니켈/코발트계 산화 촉매를 사용할 수 있는데, 이 경우, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부를 통과하면서 유기성 발화물질은 포집되나, 무기물 및 입자성 입자는 포집되지 않기 때문이다. 이에 따라서 상기 제2 필터부 외곽을 둘러싸서 무기물 필터를 설치한다면, 고온, 예를 들어 1600℃에서도 견딜 수 있는 소재로 무기물 유해배출가스 및/또는 입자성 물질을 포집하게 된다.
이에 따라서 본 발명은 발화성 유기물 유해배출가스와 함께, 무기물 유해배출가스 및/또는 입자성 물질 또한 필터링 할 수 있게 된다.
한편, 도시되지는 않으나, 상기 배출부 외측면을 둘러싸도록 배치되는 단열부를 더 포함할 수 있다. 상기 단열부는 상기 유해배출가스 제거 장치 내부의 온도는 고온의 상태로 유지시키면서도, 그 외부의 온도는 적정 온도로 낮추어서, 사용자의 화상 방지하는 기능을 한다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 촉매(130)의 형상의 일예로 중공(131)이 형성된 실린더 형상일 수 있다. 이러한 촉매(130)의 형상에 의해 유해배출가스와 접촉하는 면적이 증가됨으로써, 상기 촉매(130)에서의 유해배출가스 포집 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 촉매(130)의 형상의 다른 일예로 중공이 별 형태로 이루어질 수 있다. 이는 촉매(130)와 유해배출가스와 접촉하는 면적이 더욱 증가되게 하기 위함이다. 상기 촉매(130)의 중공의 형상을 별 형태로 한정하지는 않으며, 촉매(130)와 유해배출가스와 접촉하는 면적이 더욱 증가될 수 있는 형상이면 어떠한 형상이어도 무방하다.
이 경우, 상기 촉매(130)의 일예로, 백금계 산화 촉매일 수 있다. 상기 백금계 산화 촉매는 저온계 산화 촉매로서, 산화알루미늄(Al2O3)과 백금(Pt)을 혼합한 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 촉매는 200℃ 내지 300℃에서 주로 반응한다.
이와 다르게 촉매(130)는 니켈/코발트계 산화 촉매일 수 있다. 상기 니켈/코발트계 산화 촉매(130)는 고온계 산화 촉매로서, 산화알루미늄(Al2O3)과 니켈/코발트(Ni/Co)를 혼합한 재료로 이루어진다. 이러한 촉매는 300℃ 이상에서 주로 반응한다.
이에 따라서, 상기 촉매들은 백금계 산화 촉매(130) 및 니켈/코발트계 산화 촉매를 모두 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 촉매(130)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 세라믹은 고온에서 구워서 제조한 비금속 무기질 고체 재료로서 많은 수의 다공이 형성된 것이다. 이와 같이 세라믹 재질로 이루어진 촉매(130)는 상기 다공에 의해 기체와 접촉되는 면적이 증가되어 더욱 많은 양의 유해배출가스를 포집할 수 있다.
한편, 유해배출가스 제거 장치(100)는 온도조절모듈을 더 포함할 수 있다.
온도조절모듈은 촉매가 가열되는 온도를 제어한다. 이러한 온도조절모듈은 유해배출가스 제거 장치(100) 내부가 과도하게 과열되는 것을 방지한다.
이러한 온도조절모듈의 일예로 온도 센서(150)와, 미도시된 제어부를 포함할 수 있다.
온도 센서(150)는 촉매(130)의 온도를 측정하기 위한 것이다. 여기서, 온도 센서(150)는 하우징(110) 내에서 촉매(130)에 접촉되지 않게 설치될 수 있다. 이 경우, 온도 센서(150)는 유해배출가스가 촉매(130)로 유입되는 쪽이나, 촉매(130)로부터 유해배출가스가 배출되는 쪽에 위치될 수 있다.
전술한 위치에 놓인 온도 센서(150)는 하우징(110) 내의 온도를 측정하여 촉매(130)의 온도를 간접적으로 측정하게 된다. 여기서, 하우징(110) 내의 온도와 촉매(130) 온도 사이의 상관 관계를 실험을 통해 미리 설정해 둠으로써, 촉매(130)의 온도를 정확히 측정해낼 수 있다. 다른 예로, 온도 센서(150)는 촉매(130)에 접촉되어 촉매(130)의 온도를 직접적으로 측정하는 것도 가능하다. 온도 센서(150)로는 열전대(thermo couple) 등이 이용될 수 있다.
제어부는 온도 센서(150)로부터 측정된 온도 정보를 제공받는다. 제어부는 제공받은 온도 정보를 토대로, 촉매(130)의 온도가 설정 온도를 초과하지 않도록 촉매(130)로 열을 가하는 가열부(140)의 동작을 제어한다. 즉, 제어부는 온도 센서(150)에서 측정된 온도 값을 설정된 온도 값과 비교한다. 이때, 제어부는 측정된 온도 값이 설정된 온도 값보다 낮다고 판단되면, 가열부(140)에 공급되는 전원을 온(on)시켜 촉매(130)가 가열될 수 있게 한다. 만일, 제어부는 측정된 온도 값이 설정된 온도 값에 도달한 것으로 판단되면, 가열부(140)로 공급되는 전원을 오프(off)시켜 촉매(130)가 더 이상 가열되지 않게 한다. 이는, 촉매(130)가 한계 온도를 초과해서 과열되어 파손되는 것을 방지한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유해배출가스 제거 시스템(200)은 전술한 유해배출가스 제거장치(100)와, 열교환부(210)를 포함한다.
유해배출가스 제거장치(100)는 유해배출가스를 포함하는 기체를 제거한다. 이러한 유해배출가스 제거장치(100)는 전술하였으므로, 상세한 설명은 생략한다.
열교환부(210)는 상기 유해배출가스 제거장치(100)에 의해 정화된 기체와, 유해배출가스를 포함하는 기체가 서로 열전달될 수 있게 하면서 각각 분리된 상태로 이동되게 한다. 이를 위한 열교환부(210)는, 상기 정화된 기체와 유해배출가스를 포함하는 기체가 열전도성이 우수한 금속을 사이에 두고 서로 혼합되지 않게 형성된 것일 수 있다. 이에 따라, 열교환부(210)는 상기 유해배출가스 제거장치(100)에 의해 정화된 기체에 포함된 열을 상기 유해배출가스가 포함된 기체로 전달한다.
여기서, 상기 정화된 기체는 유해배출가스 제거장치(100)에 포함된 촉매(130)와 반응하면서 촉매(130)로부터 열을 전달받아 가열된 상태이다. 따라서, 상기 정화된 기체는 유해배출가스를 포함하는 기체보다 온도가 높으므로, 유해배출가스를 포함하는 기체는 상기 가열된 기체로부터 열을 전달받아 가열된다. 이에 따라, 유해배출가스를 포함하는 기체는 가열된 상태로 유해배출가스 제거장치(100)로 유입되어 상기 촉매(130)와 접촉된다.
상기와 같은 유해배출가스 제거 시스템(200)에서는 정화된 기체에 포함된 열로 유해배출가스를 포함하는 기체를 예열하는데 재사용함으로써, 상기 촉매(130)에서 발생되는 열손실을 최소화할 수 있다.
상기 유해배출가스 제거 시스템(200)의 상세한 구조의 일예를 상세하게 설명한다.
상기 유해배출가스 제거 시스템(200)은 제1관로(220)와, 제2관로(230)를 포함한다.
제1관로(220)는 열교환부(210)와 유해배출가스 제거장치(100)를 연통한다. 이러한 제1관로(220)는 상기 열교환부(210)에 유입된 유해배출가스를 포함하는 기체를 상기 유해배출가스 제거장치(100)로 이송한다.
제2관로(230)는 열교환부(210)의 후술할 열교환 관(213)과 유해배출가스 제거장치(100)를 연통한다. 이러한 제2관로(230)는 상기 유해배출가스 제거장치(100)에서 정화된 기체를 상기 열교환부(210)로 이송한다.
그리고, 상기 열교환부(210)는 챔버(211)와, 열교환 관(213)을 포함한다.
챔버(211)는 상기 유해배출가스를 포함하는 기체가 통과하여 상기 유해배출가스 제거장치(100)로 이송될 수 있게 한다. 챔버(211)에는 상기 유해배출가스를 포함하는 기체가 유입되는 유입 라인(212)이 형성된다. 그리고, 챔버(211)는 상기 제1관로(220)와 연통되도록 형성된다. 이에 따라, 상기 유입 라인(212)으로 유입된 기체는 제1관로(220)로 이송된다.
열교환 관(213)은, 그 일부가 상기 챔버(211) 내에 배치된다. 이에 따라, 상기 정화된 기체는 상기 챔버(211) 내부의 유해배출가스를 포함하는 기체와 혼합되지 않고, 상기 챔버(211) 외부로 배출된다. 이를 위해 열교환 관(213)의 한쪽 끝부분은 상기 제2관로(230)와 연통되고, 다른쪽 끝부분은 챔버(211) 외부에 개구되게 형성된다. 이러한 열교환 관(213)의 재질로는 열전도성이 우수한 알루미늄계열, 황동계열 중 선택된 어느 하나가 될 수 있다. 그리고, 상기 열교환 관(213)의 형상의 일예로 지그재그로 여러 번 절곡되게 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 열교환 관(213)의 외면에 복수개의 미도시된 방열판을 형성시켜서 상기 열교환 관(213)에 포함된 열이 상기 챔버(211) 내부로 더욱 많은 열이 전달될 수 있게 하는 것도 가능하다.
이러한 열교환 관(213)은 챔버(211)와 서로 밀폐되도록 이루어진 것이 바람직하다. 이는 열교환 관(213) 내의 기체와 챔버(211) 내의 기체가 서로 혼합되지 않게 하기 위함이다. 이에 따라, 상기 열교환부(210)에서는 챔버(211)와 열교환 관(213)이 서로 밀폐되어 챔버(211) 내의 유해배출가스를 포함하는 기체가 열교환 관(213)을 통해 정화되지 않은 상태로 외부로 유출되지 않는다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유해배출가스 제거 시스템(300)의 다른 예로 예열부(340)를 더 포함할 수 있다.
예열부(340)는 제1 관로(220)에 형성된다. 상기 예열부(340)는 상기 유해배출가스가 포함된 기체를 가열한다. 상기 가열된 기체가 촉매(130)와 접촉되는 경우, 촉매(130)의 온도가 낮아지는 것을 방지할 뿐만 아니라, 촉매(130)가 유해배출가스를 포집하기 위한 온도로 가열시키기가 더욱 용이해질 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 유해배출가스 제거 시스템의 또 다른 예로, 상기 제1관로(420)는 복수개로 분기되도록 형성되고, 상기 유해배출가스 제거장치(100)는 상기 제1관로(420)들에 각각 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제1관로(420)에는 유해배출가스를 포함하는 기체를 상기 분기된 제1관로(420a, 420b)들 중 어느 하나로 안내하는 밸브(440)가 배치될 수 있다. 상기 밸브(440)는 유해배출가스를 포함하는 기체의 흐름을 제어하는 것으로, 분기된 제1관로(420a, 420b)들 중 어느 하나로 유해배출가스를 포함하는 기체를 안내한다.
이러한 밸브(440)의 일예로, 3 Way 밸브일 수 있다. 상기 3 Way 밸브는 유입되는 유해배출가스를 포함하는 기체가 복수의 분기된 제1관로(420a, 420b) 중 어느 하나로 선택적으로 이동되게 한다. 또한, 상기 제1관로(420)마다 밸브를 설치하여 유해배출가스 제거장치(100)들 중 어느 하나로 유해배출가스를 포함하는 기체가 이동되도록 하는 것도 가능하다.
하나의 유해배출가스 제거장치(100)가 장시간 사용되는 경우, 유해배출가스 제거장치(100)내의 필터부의 촉매가 유해배출가스를 포함하는 기체에 의해 냉각되어 포집 능력이 떨어지게 되고, 따라서 필터부의 촉매의 온도를 상승시키기 위하여 많은 전력이 소모될 가능성이 있다. 이 경우, 상기 유해배출가스 제거 시스템(400)에서는 포집 능력이 떨어진 유해배출가스 제거장치(100a)로 유해배출가스를 포함하는 기체가 이동되지 못하도록 밸브(440)를 제어하여 유해배출가스를 포함하는 기체가 다른 유해배출가스 제거장치(100b)로 이동되게 한다. 즉, 상기 유해배출가스 제거 시스템(400)에서는 유해배출가스 제거장치(100)의 포집 능력이 약해지더라도 유해배출가스 제거장치(100a, 100b)를 번갈아 가면서 동작시켜서 유해배출가스를 포함하는 기체에 포함된 유해배출가스를 포집할 수 있으므로, 유해배출가스 제거 시스템(400)의 동작을 일시적으로 정지시키지 않아도 되는 장점이 있다.
이와 다르게, 밸브(440)를 모두 개방하여 분기된 제1관로(420a, 420b)로 유해배출가스를 포함하는 기체가 이동되게 하고, 복수의 유해배출가스 제거장치(100a, 100b)들을 모두 동작시켜서 유해배출가스를 포함하는 기체로부터 유해배출가스를 빠르게 포집할 수 있게 하는 것도 가능하다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 유해배출가스 제거 시스템(500)의 또 다른 예로 포집 수단(540)을 더 포함할 수 있다. 상기 포집수단은 유해배출가스를 포함하는 기체로부터 수용성 유해물질을 포집하는 역할을 한다. 상기 포집 수단(540)의 일예로 스크러버를 들 수 있다. 상기 스크러버는 상기 유입 라인에 형성된다. 이러한 스크러버는 유해배출가스를 포함하는 기체로부터 수용성 유해물질을 포집하는 역할을 한다.
상기 유해배출가스 제거장치(100)의 촉매는 대략 600℃정도까지 가열된다. 유해배출가스를 포함하는 기체에는 휘발성 유기 화합물, NOx 뿐만 아니라 황(S), 염소(Cl)와 같은 수용성 유해물질도 포함되어 있다. 상기 황(S), 염소(Cl)는 촉매가 600℃이상인 경우에 용이하게 포집될 수 있다. 그러나, 촉매가 600℃이상으로 가열되면, 고온에 의해 유해배출가스 제거장치(100)가 파손될 가능성이 있다. 단, 상기 황(S), 염소(Cl)와 같은 수용성 유해물질은 물에 잘 흡수되는 성질을 갖고 있다. 따라서, 유해배출가스를 포함하는 기체가 유해배출가스 제거장치(100)로 유입되기 전에 스크러버가 수용성 유해물질을 포집하도록 한다. 즉, 수용성 유해물질을 스크러버로 포집하여 유해배출가스를 포함하는 기체 내에 포함된 모든 유해물질들이 상기 유해배출가스 제거 시스템(300)에 의해 포집될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 상기 포집 수단(540)의 일예로, 물이 반응탱크(541)내에 흐르도록 할 수 있다. 유해배출가스를 포함하는 기체가 유입 라인(212)을 통해 반응탱크(541) 내로 유입되고, 상기 기체에 포함된 황(S), 염소(Cl)와 같은 수용성 유해물질은 흐르는 물에 흡수된다.
도 11을 참고하면, 상기 포집 수단(640)의 다른예로 유입 라인(212)과 연통되도록 형성된 관(643)을 반응탱크(641)내에 형성하고, 상기 관(643)의 끝부분이 수면 아래에 잠기도록 할 수 있다. 황(S), 염소(Cl)와 같은 수용성 유해물질은 반응탱크(641) 내부에 채워진 물에 흡수된다. 한편, 상기 관(643)에는 펌프(642)가 배치될 수 있다. 상기 펌프(642)는 유해배출가스를 반응탱크(641) 내부로 강제로 흡입하여 유해배출가스를 포함하는 기체가 반응탱크(641) 내부의 수면 아래로 용이하게 공급될 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 유해배출가스 제거 장치 110: 하우징
120: 필터부 121: 유입공간
130: 촉매 140: 가열부
150: 온도 센서
200: 유해배출가스 제거 시스템
210: 열교환부 211: 챔버
213: 열교환 관 220: 제1관로
230: 제2관로 240: 예열부
440: 밸브 540: 스크러버

Claims (10)

  1. 일단부에 유해배출가스가 포함된 기체가 유입되는 유입공이 형성되고, 타단부가 막혀 있는 실린더 형상의 유입부;
    상기 유입부의 방사상 외측에 상기 유입부의 측면부와 연통 가능하도록 배치되어, 상기 유입부의 측면부를 통하여 유입된 유해배출가스를 포집하는 촉매들을 포함하는 제1필터부;
    상기 제1 필터부 내부 공간에 배치되어서, 상기 촉매들을 가열하는 가열부;
    상기 제1 필터부의 방사상 외측에 배치되어, 상기 제1 필터부를 관통하여 유입된 유해배출가스를 포집하는 제2 필터부;
    상기 제1 필터부와 제2 필터부 사이에 형성된 공간으로, 상기 제1 필터부와 제2 필터부 사이를 이격시키도록 형성되어서, 상기 공간에서 상기 제1 필터부를 통과한 기체의 온도가 균일하게 되도록 혼합시키는 중간 혼합부; 및
    상기 제2 필터부와 연통하도록 배치되며, 일측단부에는 상기 제2 필터부를 통과한 기체가 외부로 배출되는 배출구가 형성된 배출부;
    를 포함하는 유해배출가스 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열부는:
    상기 제1 필터부 내측 공간의 동일한 방사상 위치에서 서로 이격되며 상기 유입부를 둘러싸도록 배치된 복수의 제1 가열부재들; 및
    상기 제1 가열부재들의 방사상 외측에서, 상기 제1 가열부재들과 어긋나서 서로 이격되며 상기 유입부를 둘러싸도록 배치된 복수의 제2 가열부재들;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유해배출가스 제거 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 필터부의 외측면을 둘러싸도록 배치되어서, 상기 제2필터부를 통과한 가스 중에 무기물 및 입자성 입자를 포집하는 무기물 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해배출가스 제거 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출부 외측면을 둘러싸도록 배치되는 단열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해배출가스 제거 장치.
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