KR101408298B1 - 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치 - Google Patents

악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 등 전기화학적 반응으로 공기중 악취 유발성 물질을 포함한 오염물질을 분해 제거하고 전기화학적 반응과정에서 생성되는 OH-Radical, 활성산소 등의 환원성 분자들에 의해 바이오 에어로졸 제거가 가능할 뿐 아니라 여기된 오염공기에 자기장을 인가하여 여기상태를 유지하면서 고전압 방전과정에서 생성되는 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속토록 함으로써 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸의 제거효율을 향상시킬 수 있는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치에 관한 것이다.
이러한 제거장치는 방전과정에서 발생되는 소음은 배기관 내부에 설치된 흡음재에 의해 저감되고, 배기관 내부에 설치된 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 센서로부터 계측된 자료를 전송받아 제어부에서 피드 백(FEED BACK)제어를 실행 및 자동운전이 가능하며, 동일 용량의 제거장치를 배기관 끝단 플랜지에 다단설치하여 제거효율을 향상시킴으로써 대용량이 필요한 산업현장에도 적용할 수 있는 또 다른 효과를 가져 온다.

Description

악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치{A removal apparatus of stench induce material and bio-aerosol}
본 발명은 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 각종 산업체의 제조공정, 가축사육시설, 요식업 등의 취사시설, 업무용 공간에서 배출되는 각종 오염공기에 대하여 고전압 방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자 에너지를 인가함으로써 전기화학적 반응으로 악취 유발성 물질을 분해 제거하고, 강력한 살균력을 가진 활성 분자들에 의해 바이오 에어로졸을 제거하는 장치에 관한 것이다.
산업이 고속 성장함에 따라 토지의 효율적 이용과 기반시설 투자의 효율적 네트워크에 의한 시너지 효과를 위해 계획적으로 공장 및 축산 시설 등을 설립 및 육성함에 따라 악취를 유발하는 다양한 화학물질의 사용으로 인해 그 부산물로 악취 유발성 물질이 배출되면서 주변지역으로 미치는 영향이 집중되고 있다.
특히, 경제적 발전에 따라 생활수준 향상은 쾌적한 삶의 질과 직결된 생활환경 문제로서 악취에 대한 관리강화의 필요성이 높아지고 있는데, 악취 발생원으로는 쓰레기 매립지, 가축사육시설, 퇴비화설비, 하수, 폐수처리장, 각종 산업 설비 등이 있으며, 이들 시설에서 발생되는 악취 유발성 물질은 악취를 유발하여 불쾌감 유발 및 민원 발생 등의 원인이 된다.
이러한 악취는 인간에게 불쾌감과 혐오감을 줄 뿐만 아니라 눈이나 호흡기계 점막을 자극하며 혈압이나 맥박의 변화까지 일으킬 뿐만 아니라 식욕감퇴, 구토, 불면, 알레르기 등의 원인이 되기도 하며, 심리적 영향으로 정서활동의 방해와 작업능률의 저하를 불러일으키기도 한다.
악취의 주 원인물질은 황화수소(H2S), 암모니아(NH3), 메칠멀캅탄(CH3SH), 트리메틸아민(CH3N(CH3)2)류, 휘발성 유기 화합물(VOCS)로 대부분 감지 한계농도가 낮아 PPM이하로 나타나지만, 장기간 불쾌한 냄새에 노출되면, 안정감을 잃게 되고, 마음이 조급해지며 심한 경우 히스테리 상태가 되어 이상한 행동을 하는 등 정신적 장애까지 불러올 수 있어 가볍게 볼 수 없다는 것이 전문가들의 공통된 견해이다.
따라서, 급증하고 있는 악취 민원에 대한 개선 대책으로 정부는 2004년 2월 악취 방지법을 제정하여 악취관리지역 지정, 악취 배출시설의 악취 방지계획을 수립하게 하여 2005년 2월 10일부터 시행하고 있으며 악취 배출시설 신고확대 및 엄격한 배출 허용기준 적용대상 등을 주요내용으로 2010년 악취방지법을 개정하였다.
이외에도 사업장 악취관리, 생활공감형 악취관리, 축산악취관리, 악취관리 기술개발, 악취관리 제도 합리화를 주요 내용으로 한 악취방지 종합시책(2009-2018)을 수립하여 시행하고 있다.
현재 악취 유발성 물질 배출원에 적용되고 있는 제거기술은 세정법, 흡착법, 오존산화법, 생물 탈취법, 연소법, 전기방전(PLSMA)법이 사용되고 있다.
먼저, 세정법은 악취 유발성 물질이 함유된 오염공기에 미리 준비되어 가압된 펌프에 의해 물, 산, 알카리 용액, 차아염소산 소다 등의 산화제가 포용된 수용액을 분사시켜 오염공기와의 기액 접촉에 의한 악취를 제거하는 방법이다. 그러나, 이러한 세정법은 친수성 악취 유발성 물질인 암모니아, 저급 아민류, 황화수소 메칠멀캅탄 등의 오염물질은 세정액에 흡수되어 제거되나, 톨루엔, 메칠에칠케톤 같은 소수성 물질은 제거할 수 없고, 노즐에 의해 분무되는 세정액 입경대비 오염물질의 입경이 상대적으로 작아 오염공기와 분무되는 세정액과의 충분한 기액 접촉효율을 유지할 수 없어 악취 유발성 물질의 제거효율이 매우 낮고, 세정액이 오염되어 지속적으로 폐수가 발생되는 문제점이 있다.
흡착법은 카본, 실리카겔, 알루미나겔 등의 물리흡착제 및 이온교환수지, 산성가스 흡착제, 알카리성 흡착제 등의 화학 흡착제의 미세기공에 암모니아, 트리메틸아민, 황화수소, 프로피온산, 아세트알데히드, 이황화메틸 가스 등을 흡착하여 염기성계통, 산성계통, 중성가스계통 가스 등에 광범위하게 적용가능하나, 흡착제의 흡착성능, 베드에 담지 된 흡착제 양에 의해 흡착효율 및 사용기간이 결정되고 특정가스의 경우 흡착제가 빠른 시간 내에 파괴되어, 빈번한 교체 및 교체시마다 폐기물이 발생하게 되고, 또한 흡착제의 통기저항이 커서 오염공기를 장치내로 흡입하는 FAN이 거대하여지며, 이를 유지하는 동력비가 많이 드는 문제가 있다.
오존산화법은 강력한 산화제인 오존을 별도의 장치에서 생성시켜 오염가스와 접촉, 산화반응으로 황화수소, 메틸멜캅탄 등의 무기계 외에 알데히드, 페놀 등의 유기계 오염물질을 분해제거 할 수 있으나, 오존수를 이용한 산화법에는 오존을 물에 용해시킬 때 용해율이 매우 낮아 불용된 오존이 대기로 배출시 광화학 스모그 등의 2차 오염이 발생되므로 별도의 배기되는 오존 제거장치가 필요하다.
생물 탈취법은 수 세정, 흡착법 및 생물 화학적 분해법이 종합적으로 연관된 방법으로 오염 물질을 물에 흡수 또는 흡착제에 흡착되고, 분해과정에서 암모니아, 트리메틸아민, 황화수소, 황화메틸 등의 악취 유발성 물질을 제거하지만, 장치가 대형화되고, 활성오니 등의 미생물관리가 복잡하여 동절기, 동결방지장치가 필요하다.
연소법은 축열재로 피복된 연소실에 LNG등의 가연성 가스를 연소시켜 연소실내부를 섭씨 700도 이상 승온시켜 고온 열분해하는 직접 연소방법과 연소실 내벽에 백금, 팔라듐(Palldium)계의 촉매를 담체에 담지시키고, 가연성 가스를 연소시켜 섭씨 250도 내지 350도의 저온에서 열분해하는 방법으로 분류되며, 오염물질 적용범위가 넓고, 악취 유발성 물질 제거효율은 양호하나, 연소실에 미 연소가스가 체류시 내부 축열에 의한 미연소된 가연성 가스가 점화되어 화재 및 폭발위험이 있고, 장치가 대형이며, 초기 투자비 및 유지관리비가 많이 든다.
플라즈마(Plasma) 탈취법은 방전극, 유전체, 접지전극으로 구성된 방전부에 약 3.2Kv에서 6.4Kv의 교류전압을 인가시켜 방전을 개시하고, 여기에 오염가스를 유입, 통과시켜서, 전기 화학적 반응으로 활성분자, 라디칼(Radical), 오존을 생성시켜 오염가스와 접촉 산화반응으로 악취 유발성 물질을 분해 제거하는 방식이며 적용범위가 넓고, 제거효율이 양호하나, 고온의 유전체에 오염가스중 수분과 접촉시 온도차에 의한 급랭 파괴가 일어나고, 유분 등 인화성 물질이 유입시 화재위험이 있다.
광촉매 산화법은 담체에 산화 티타늄 등의 촉매물질을 담지 시키고, 촉매물질에 UV LAMP에서 생성되는 자외선을 조사시켜 광촉매 반응으로 과산화수소, 수산기, 라디칼(Radical)을 발생시켜 산화반응으로 오염공기 중 악취 유발성 물질을 분해 제거하는 방식으로, 제거효율은 양호하나 UV LAMP의 표면이 오염시 조사되는 자외선이 산란되어 제거효율이 감소되고, UV LAMP와 촉매물질을 주기적으로 교체해야만 하는 문제점이 있다.
즉, 지금까지 개발된 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거기술은 전술한 문제점들로 인해 효율성 측면에서 미진한 부분이 있으며, 보다 양호한 제거효율과 안정성 및 내구성을 확보하면서 넓은 적용범위를 갖는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거기술에 대해서는 아직까지 개발이 미진한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 고전압 방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자에너지를 이용하여 전기화학적 반응으로 악취 유발성 물질을 포함하는 각종 오염물질을 분해 및 제거하고, 강력한 살균력을 가진 활성분자들에 의해 바이오 에어로졸을 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하우징 일측에 형성되어 오염공기가 유입되는 통로로써, 그 내부의 입구부에는 오염공기의 분진 제거용 전처리 필터가 구비되고, 상기 전처리필터와 간격을 두고 오염공기를 강제로 유입시키기 위한 에어 팬이 설치된 흡기관; 상기 에어 팬에 의해 흡입된 오염공기를 가열하기 위한 가열수단과, 가열된 오염공기에 이온을 공급하기 위해 제1 방전극이 설치되며, 상기 제1 방전극에 고전압을 인가하는 제1 고전압 발생기가 구비된 가열부; 상기 가열부에서 가열된 오염공기에 고온의 수증기를 공급하는 증기 공급부; 상기 고온의 수증기를 공급받은 오염가스를 회전시켜 선회형 난류 흐름이 갖도록 형성된 분배관이 구비되고, 상기 분배관에서 등속선회류 형태로 유입된 오염공기에 전계전자 에너지를 인가하기 위한 제2 방전극 및 상기 제2 방전극에 고전압을 인가하는 제2 고전압 발생기가 설치된 고전압 방전부; 상기 고전압 방전부에서 이송된 오염공기에 자기장을 인가하여 여기 상태를 유지하도록 유도 코일이 형성되고, 상기 유도코일을 수용하는 지지관의 내주면에 자성층이 형성되며, 외주면에 영구자석을 포용하는 자기장 처리부; 상기 자기장 처리부와 연결되어 전기화학적 반응을 통해 정화된 공기를 외부로 배출하기 위해 설치되며, 그 내주면에 고전압 방전과정에서 발생된 소음을 저감하기 위한 흡음재가 부착된 배기관; 상기 배기관에 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸의 배출농도를 계측하는 센서가 설치되고, 이들 센서로부터 계측자료를 전송받아 가열부, 증기 공급부, 고전압 방전부, 자기장 처리부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치는 고전압 방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자에너지를 오염공기에 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원반응 등의 전기화학적 반응으로 악취 유발성 물질을 포함하는 각종 오염물질을 분해 및 제거하고, 방전과정에서 생성된 활성분자들에 의해 바이오 에어로졸을 제거할 뿐만 아니라, 여기된 공기에 자기장을 인가하여 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속토록 함으로써 오염공기중 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸의 제거효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져 온다.
또한, 방전과정에서 발생되는 소음은 배기관 내부에 설치된 흡음재에 의해 저감되고, 배기관 내부에 설치된 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 센서로부터 계측된 자료를 전송받아 제어부에서 피드 백(FEED BACK)제어를 실행 및 자동운전이 가능하며, 동일 용량의 제거장치를 배기관 끝단 플랜지에 다단 설치하여 제거효율을 향상시킴으로써 대용량이 필요한 산업현장에도 적용할 수 있는 또 다른 효과를 가져 온다.
도 1은 본 발명의 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치 전체 시스템 구성도.
도 2는 도 1의 제거장치의 구성요소 중 가열부를 나타낸 단면도.
도 3은 도 1의 제거장치의 구성요소 중 증기공급부를 나타낸 단면도.
도 4 는 도 1의 제거장치의 구성요소 중 고전압 방전부를 나타낸 계통도.
도 5는 도 4의 고전압 방전부의 일부를 확대하여 나타낸 개략도.
도 6은 도 1의 제거장치의 구성요소 중 자기장 처리부를 나타낸 단면도.
도 7은 도 1의 제거장치의 구성요소 중 제어부를 나타낸 계통도.
이하에서 본 발명의 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치에 대하여 첨부된 도면을 참고로 설명하기는 하나, 본 발명이 도면에 도시된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다..
도 1 은 본 발명의 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치의 전체 구성도로서, 이를 참조하여 본 발명의 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치를 살펴보면, 크게 하우징 일측에 형성된 흡기관(100), 오염공기를 가열하고 이온을 생성하는 가열부(200), 가열된 오염공기에 증기를 공급하는 증기공급부(300), 증기가 공급되어 가수된 오염공기에 매우 높은 전자 전계에너지를 인가하여 전기화학적 반응을 일으키는 고전압 방전부(400), 오염공기의 여기상태를 유지하기 위한 자기장 처리부(500), 전기화학적 반응으로 오염공기중 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸이 제거되어 정화된 공기를 실외로 배출하기 위한 배기관(600), 각 센서에서 계측된 자료를 전송받아 각 구성요소를 제어하는 제어부(700)가 포함된다.
먼저, 본 발명의 제거장치는 상술한 주요 구성요소들을 포용하도록 일정한 체적의 하우징(미도시)이 있고, 그 일측에는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸을 포함하는 오염공기를 내부로 흡입하기 위한 흡기관(100)이 형성되며, 이러한 흡기관(100)에는 오염공기의 분진 제거용 전처리 필터(110), 전처리 필터와 일정한 간격을 두고 오염공기를 강제로 유입시키기 위한 에어 팬(120)을 포함하고 있다. 상기 에어 팬(120)에 의해 강제로 흡입된 오염공기는 차례로 가열부(200), 고전압 방전부(400), 자기장 처리부(500)를 거쳐 배기관(600)을 통해 다시 외부로 배출하는데 소요되는 압력을 제공하게 된다.
이와 같이 흡기관(100)을 거친 오염공기는 가열부(200)로 이송되어 가열수단에 의해 수분 및 오염물질로 각각 기화된 후 제1 방전극에 의해 아크방전으로 이온을 공급받게 된다.
도 2 는 도 1의 제거장치의 구성요소 중 가열부를 나타낸 단면도로서, 이를 참고로 하여 가열부(200)의 바람직한 실시예를 살펴보면, 내부에 다수개의 분활지지관(201)이 전·후 2단으로 구분되어 있고, 상기 분활지지관(201)의 외부에 유도가열 코일(202)이 나선형으로 감겨 있는 동시에, 전·후 분할지지관(201) 사이에 제1 방전극(203)이 설치되며, 상기 제1 방전극(203)의 방전전극(203a)(+전극) 및 접지전극(203b)(-전극)에 고전압을 인가시키는 제1 고전압 발생기(204)가 설치된 구조를 갖는 가열부(200)를 제공한다.
상기 가열부(200)는 에어 팬(120)에 흡입된 오염공기가 분할지지관(201) 사이를 통과하면서 외면의 유도가열코일(202)에서 생성된 열에너지와 간접 열교환되어 오염공기 중 수분 및 악취 유발성 물질의 액적을 기화시켜 표면적을 확대하고, 기화된 오염공기가 전·후 분할지지관(201) 사이에 설치된 제1 방전극(203)에 유입되면, 제1 고전압 발생기(204)에서 생성된 고전압이 제1 방전극(203)의 방전전극(+전극)(203a) 및 접지전극(-전극)(203b)사이에 인가되어, 제1 방전극(203) 사이에서 매우 높은 전계전자 에너지 영역이 형성된다.
따라서, 상기 가열기(200)를 통과하는 오염공기에 매우 높은 전계 전자에너지가 인가되어 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 등의 전기화학적 반응이 연속적으로 진행됨에 따라 오염공기에 함유된 폼알데히드, 벤젠, 암모니아와 같은 악취 유발성 물질들이 1차적으로 제거되고, 후단의 유도코일(202)에서 생성되어 간접 열교환 방식으로 공급되는 열에너지는 전기화학적 반응을 활성화시켜 제거효율을 향상시킨다.
상기 가열기(200)를 통과하여 악취 유발성 물질이 1차 제거된 오염공기는 증기공급부(300)로 부터 고온의 수증기를 공급받게 된다.
도 3은 도 1의 제거장치의 구성요소 중 증기공급부를 나타낸 단면도로서, 이를 참고로 하여 증기공급부(300)에 바람직한 실시예로서, 물탱크(301), 급수공급밸브(302), 전기히타(303), 주증기밸브(304), 증기공급밸브(305), 침전물 배출밸브(306)로 구성되며, 상기 물탱크(301)에 급수공급밸브(302)를 개방하여 증기 발생용 물이 적당량 공급된 상태에서 전기히타(303)에 전원을 공급 및 가열하면 내부의 물이 기화되어 건증기가 생성되며, 상기 건증기를 주증기밸브(304) 및 증기공급밸브(305)를 개방하여 가열부(200)를 통과한 오염공기에 공급함으로써, 상기 오염공기에 함유된 지구 온난화 유발물질인 NF3, SF6 등의 PFCs를 고온 환경하에서 가수분해하게 되며, 가열부(200)에서 생성되었으나 악취 유발성 물질의 제거과정에서 미 반응된 잉여의 이온과 가수된 물분자가 산화·환원반응을 통해 H+이온, OH-이온을 생성시켜 PFCs물질을 추가로 제거시키게 된다.
이와 같이 증기공급부(300)로 부터 고온의 수증기를 공급받은 오염공기는 고전압 방전부(400)로 이송되어 고전압 방전에 따른 2차적 전기화학적 반응과정을 통해 오염공기중 질소분자(N2)와 산소분자(O2)의 공유결합을 분해하여 생성된 질소원자와 산소원자의 일부가 산화·환원반응으로 산화질소를 생성하고, 잉여의 산소원자 및 H+이온이 다시 오염공기와 반응하여 악취 유발성 물질의 2차 제거 및 살균처리를 하게 된다.
도 4 는 도 1의 제거장치의 구성요소 중 고전압 방전부를 나타낸 계통도이고, 도 5는 도 4의 고전압 방전부의 일부를 확대하여 나타낸 개략도로서, 이를 참고로 하여 오염공기가 유입되는 분배관(410)과 전계전자 에너지를 공급하는 방전극(420) 및 제2 고전압 발생기(430)로 구성된 고전압 방전부(400)를 바람직한 실시예로 하여 설명한다.
먼저, 전체적으로 원뿔형 형상의 분배관(410)은 나선형 돌출구(411), 확산구(412), 돌출형 분사구(413)로 구분되며, 증기공급부(300)에서 가수되어 이송된 오염공기는 내면에 나선형(Spiral Twist) 돌출구(411)로 유입되어 직선 층류 공기흐름이 돌출구조를 통과하면서 선회류 형태의 난류 흐름으로 변형되어 가열부(200)에서 기화되어 생성된 이온과 증기 공급부(300)에서 공급된 증기가 오염공기에 1차 혼합되도록 한다.
이어서 입구측 관경이 확대된 확산구(412)에서 유속이 감속된 후 외부표면에 방사형으로 양각 타공된 돌출형 분사구(413)로 배출되는데, 입구의 관경이 크고 출구측 관경이 상대적으로 적은 원뿔형 구면체 특성상 마찰력이 적은 관 중심의 유속은 관경 축소에 따른 기류저항을 많이 받아 감속된 반면, 분사구(413)는 상대적으로 기류저항 적게 받아 감속율이 적어 토출속도가 커서 관벽에 60~90도 각도 범위로 돌출된 분사구(414)로 빠르게 토출되고, 원뿔의 끝단부에 부딪치는 관중심부의 빠른 유속의 선회류 난류흐름은 관경 축소에 기인된 관벽 마찰저항의 증가로 감속되어 분배관 관벽에 20~50도 각도 범위로 돌출형 분사구(414)로 토출되어, 방전부 입구에는 오염공기가 등속도를 유지하면서 제2 방전극(420)으로 유입된다.
제2 방전극(420)의 구성은 방전전극(+전극)(420a) 및 접지전극(-전극)(420b)이 조합되는 경우와, 방전전극(+전극)(420a)과 접지전극(-전극)(420b)의 뒷면에 면접하여 네오디움 재질의 영구자석(420c)이 부착되는 조합, 방전전극(+전극)(420a)과 접지전극(-전극)(420b)의 뒷면에 면접하여 영구자석이 부착되고 방전극의 방전표면에 이산화티탄(TiO2)과 같은 촉매물질(420d)이 코팅된 조합, 방전전극(+전극)(420a) 및 접지전극(-전극)(420b) 사이에 석영, 고순도 알루미나, 세라믹 재질의 유전체 중에서 택일되어 부착되는 조합 중에서 어느 하나를 선택하여 구성된다.
상기 제2 방전극(420)의 방전전극(+전극)(420a) 및 접지전극(-전극)(420b)의 재질은 텅스텐, 티타늄, 니켈 및 크롬성분이 함유된 스테인레스 스틸(STS304, 316L, 403), 콘스탄틴 합금, 이규화몰리브덴, 백금, 코발트합금, 하스탈로이 중에 선택되며, 방전극 표면에 방전효율을 향상시키기 위하여 이산화티탄(TiO2) 및 이산화망간(MnO2), 지르코니아(ZrSiO4), 수산화리튬(LiOH), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 중에 택일된 촉매가 코팅되는 것이 바람직하다.
또한 제2 방전극(420)의 형상은 평판형, 정삼각형 이상의 다각형, 원형, 원뿔형, 피라미드형 중에 택일된 형상으로 구현되며, 또 다른 구현방법은 평판위에 삼각형 이상의 다각형, 원뿔형, 피라미드형 중에 선택된 하나 또는 둘 이상의 모양이 조합되어 면접되게 설치되는 형상으로 구현된다.
이 때 제2 방전극(420)의 외부에는 PVC(Poly vinyle chloride), PE(Poly ethylene), PC(Poly carbonate), 베크라이트, 테프론, FRP, 세라믹 소성물 등의 절연 재질 중에서 택일된 셀(421)이 설치되는 것이 바람직하며, 상기 셀(421)의 구조는 방전의 사각공간을 최소화하고, 방전밀도를 조밀하게 하기 위하여 셀(421) 내부 공간이 가능한 최소의 체적이 되도록 원형 및 이중관 이상의 다중관형인 경우 직경을 10mm, 직사각형 및 정사각형, 6각형 이상의 다각형의 경우 한변의 폭이 10mm로 하되, 방전극의 크기나 처리 풍량이 증가시 비례하여 크기를 증가시킨다.
상기 제2 방전극(420)을 구성하는 방전전극(+전극)(420a) 및 접지전극(-전극)(420b)이 셀(421)에 설치되는 형상은 직사각형 및 정사각형 셀인 경우 방전극의 방전전극(+극) 및 접지전극(-극)이 상하 마주보기, 좌우 마주보기, 상하 또는 좌우 지그재그 마주보기 형상 중에 택일되어 설치되고, 6각형 이상의 다각형 및 원형의 셀인 경우 좌우 인접하여 마주보기 형상으로 설치되고, 이중관 이상의 다중관의 셀인 경우 원주면상에 다수개가 상하 지그재그 마주보기 형상으로 설치되는 등의 다양한 방법으로 배열 가능하다.
상기 셀(421)의 유입부 및 유출구의 형상은 직사각형 및 정사각형, 6각형 이상의 다각형의 셀인 경우 기울기가 15도에서 90도의 경사면을 형성하고, 원형 및 이중관 이상의 다중관형인 경우는 Bell mouth 형상, 또는 Taper형상으로 기울기가 15도에서 90도로 경사되어, 돌출형 분사구(414)에서 분출된 오염공기가 셀(421) 안으로 유입 및 유출이 잘 되도록 안내면 역할을 한다.
또한, 셀(421)의 적층 방법은 가로 방향 또는 세로 방향, 높이 방향, 원주 방향, 다각형 방향으로 면접하여 1단 또는 다단으로 설치하되, 셀(421)과 셀(421)사이에 제2 고전압 발생기(430)의 2차측 배선이 배열되는 별도의 사잇단을 갖도록 1단 또는 다단으로 구성됨을 되어 고전압 방전부(400) 내부의 방전 사각공간이 최소가 되도록 배열된다.
제2 고전압 발생기(430)는 입력 전압, 주파수, 출력전압이 적정값으로 미리 설정된 고정형과 입력전압은 고정되어 있고, 출력전압, 주파수, 정격용량이 임의로 조절 가능한 가변형으로 구성되어지며, 이때 입력전압은 직류(DC)12V이상, 교류(AC)110V 이상이며, 2차측 출력전압은 공기중 산소분자(O2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);12.0857eV이상, 질소분자(N2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);15.58eV이상, 폼알데히드분자(HCHO)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.86eV이상, 아세트알데히드분자(CH3CHO)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.229eV이상, 암모니아분자(NH3)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.95eV이상, 벤젠분자(C6H6)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);9.20eV이상, 브롬분자(Br2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);11.81eV이상, 실내 환기 지표 물질은, 이산화탄소분자(CO2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);13.777eV이상, 불완전연소 생성물이며 체내 흡입시 혈액의 응고를 촉진시키는 일산화탄소분자(CO)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);14.019eV이상, 인체에 치명적 독성 물질인 이황화화탄소분자(CS2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.073eV이상, 독성 및 부식성 물질인 염소분자(Cl2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);11.081eV이상, 클로로폼분자(CH3Cl3)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);11.37eV이상, 악취물질인 메칠멀캅탄분자(CH3SH)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);9.438eV이상, 메칠아민분자(CH3NH2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);8.92eV이상, 질산분자(HNO3)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);11.95eV이상, 오존분자(O3)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);12.53eV이상, 페놀분자(C6H5OH)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);8.49eV이상, 크레졸분자(HCOC6HSCH3)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);8.29eV이상, 불소분자(F2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);15.697eV이상, 퓨란분자(C4H4O)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);8.88eV이상, 불화수소분자(HF)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);11.68eV이상, 황화수소분자(H2S)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.457eV이상, 이소발레릭산분자(C4H10COOH)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.51eV이상, 메칠에칠케톤분자(C3H8O)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);9.52eV이상, 육불화황분자(SF6)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);15.32eV이상, 트리메칠아민분자((CH3)2N)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);7.65eV이상, 발레릭산분자(C4H9COOH)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(IE,eV);10.53eV이상이다.
따라서, 본 발명의 제2 고전압 발생기(430)는 입력측 전압이 직류전압(DC)의 경우에는 12~440V이고, 교류전압(AC)의 경우에는 110~660V이며, 출력측 전압이 직류전압(DC) 및 교류전압(AC)의 경우 각각 1KV~300KV이며, 출력측 주파수(Hz)범위는 교류전압(AC)의 경우 1KHz~500KHz인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 아울러, 정격용량(W,A)은 미리 설정된 조건에 따라 적합한 용량으로 임의적으로 선정된 고정형 고전압 발생기나, 전압, 주파수, 용량이 조절 가능한 가변형 고전압 발생기가 사용 가능하다.
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이러한 제2 고전압 발생기(430) 역시 제2 방전극(420)에 고전압을 인가시켜 매우 높은 전계 전자에너지에 의한 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등의 전기화학적 반응으로 오염공기중 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸을 2차적으로 분해 및 제거하게 된다.
그러나, 상기와 같이 고전압 방전에 의해 발생하는 활성분자는 매우 랜덤하게 활동하기 때문에 활성분자와 오염공기 사이의 접촉시간이 짧아 접촉효율이 저하될 뿐만 아니라 활성분자의 수명이 짧아서 악취 유발성 물질을 제대로 분해할 정도로 여기상태가 충분히 지속되지 않기 때문에, 인체에 영향을 주지 않을 정도로 악취 유발성 물질을 분해하고 살균 효과를 기대하는 것이 곤란하다.
다만, 고전압 방전에 의해 생성된 활성분자에 자기장을 인가하게 되면 상기 활성분자의 수명이 크게 연장되고, 이에 따라 활성분자를 포함하는 오염공기의 여기 상태를 그만큼 지속할 수 있는 특성을 지니고 있다.
따라서, 상기와 같은 특성을 이용하여 고전압 방전부(400)에서 방전에 의해 여기된 오염공기의 여기상태를 연장하고 특정한 방향으로 유도함으로써, 오염공기와 활성분자의 접촉시간을 늘려 분해 및 제거효율을 향상시키기 위한 자기장 처리부(500)가 필요하다.
도 6은 도 1의 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치의 자기장 처리부를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 자기장 처리부(500)는 자기장이 통하는 금속 재질의 지지관(510)과, 상기 지지관(510)의 외주면에 간격을 두고 감싼 형태로 설치되어 여기상태의 오염공기에 자기장을 인가하고 전기 쌍극자 모멘트에 의해 특정한 방향으로 진행시키는 유도코일(520)로 이루어져 있다. 또한 상기 지지관(510)의 내주면에는 자성체 분말이 코팅되어 자성층(511)이 형성되고, 상기 지지관(510)의 외주면은 영구자석(512)이 부착된 구조를 갖는다.
이때 지지관(510) 외주면에 장착된 영구자석(520)은 3200가우스 이상의 네오디움 자석이고, 유도코일(520)은 솔레노이드 형식으로 1테슬라 이상의 자기장을 형성하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 자기장 처리부(500)의 유도코일(520)은 고전압 방전부(400)에서 방전에 의해 여기된 오염공기에 솔레노이드 자기장을 인가하여 활성분자의 수명을 연장시킴으로써 여기상태를 지속하도록 지원하는 동시에, 상기 여기상태인 오염 기체를 정렬하고 쌍극자 모멘트에 의해 특정한 방향으로 진행시켜 오염 기체에 포함된 활성분자와 악취 유발성 물질 및 바이오에어로졸의 접촉시간을 연장시키게 된다.
또한, 상기 지지관(510)의 내주면에 형성된 자성층(511) 및 외주면에 장착된 영구자석(512)도 역시 동일하게 자기장을 인가하여 활성분자의 수명 증대 및 오염공기의 여기상태 지속을 통해 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸분해 제거율을 더욱 향상시키게 된다.
이와 같이 자기장 처리부(500)를 거친 오염공기는 고전압 방전과정에서 발생된 소음을 저감할 수 있도록 흡음재(610)가 부착된 배기관(600)을 통하여 외부로 배출된다. 아울러, 상기 배기관(600)의 끝단을 동일 용량을 갖는 제거장치의 흡기관(100)과 플랜지 등으로 연결하여 다단설치함으로써 그 제거효율을 높여 다량의 오염공기가 배출된 산업현장에 대용량 처리시설로 적용할 수 있다.
도 7은 도 1의 제거장치의 구성요소 중 제어부를 나타낸 계통도로서, 이에 도시한 바와 같이 제어부(700)는 배기관에 설치된 악취 유발성 물질 농도 검출센서(710), 바이오에어로졸센서(720)를 통해 실시간 운전시 이루어지도록 하며 만약 각 센서에 입력값에 설정값 이하가 계측되면 제어부(700)에 신호를 전송하여 사전에 프로그램으로 입력된 피드백(Feed Back)제어 시스템에 실시됨에 따라 제2 고전압 발생기(430)에 공급되는 전압을 낮추어 출력전압을 감소시키거나 복수로 설치된 제2 고전압 발생기(430) 일부에 공급전압을 차단하여 제2 방전극(420)에서 방전량을 감소시킨다.
이상과 같이 본 발명의 악취 유발성 물질 및 바이오에어로졸의 제거장치는 고전압 방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자 에너지를 오염공기에 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 등 전기화학적 반응으로 공기중 악취 유발성 물질을 분해 제거하고 전기화학적 반응과정에서 생성되는 OH-Radical, 활성산소 등의 환원성 분자들에 의해 바이오 에어로졸 제거가 가능할 뿐 아니라 여기된 오염공기에 자기장을 인가하여 여기상태를 유지하면서 고전압 방전과정에서 생성되는 활성분자와의 접촉시간 연장을 통한 전기화학적 반응을 지속토록 함으로써 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸의 제거효율을 대폭 향상시키게 된다.
또한, 상기 고전압 방전부에서 발생되는 소음을 배기관 내부에 설치된 흡음제에 의해 저감되며 배기관 내부에 설치된 각각의 센서로부터 계측된 자료를 전송받아 제어부에서 피드백(Feed Back)제어를 실행 및 자동운전이 되게 함으로써 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸을 제거하는데 매우 적합하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형이 가능할 것이다.
100:흡기관 110:전처리 필터 120:에어 팬
200:가열부 201:분할지지관 202:유도 가열 코일
203:제1 방전극 203a:방전전극(+전극) 203b:접지전극(-전극)
204:제1 고전압 발생기 300:증기 공급부 301:물탱크
302:급수 공급 밸브 303:전기히타 304:주증기밸브
305:증기 공급 밸브 306;침전물 배출밸브 400:고전압 방전부
410:분배관 411:나선형 돌출구 412:확산구
413:분배구 414:돌출형 분사구 420:제2 방전극
420a:방전전극(+전극) 203b:접지전극(-전극) 420c:영구자석
420d :촉매물질 421:셀 430:제2 고전압 발생기
500:자기장 처리부 510:지지관 511:자성층
512:영구자석 520:유도코일 600:배기관
610:흡음재 700:제어부
710:악취 유발성 물질 농도센서 720:바이오 에어로졸 검출센서

Claims (11)

  1. 하우징 일측에 형성되어 오염공기가 유입되는 통로로써, 그 내부의 입구부에는 오염공기의 분진 제거용 전처리 필터가 구비되고, 상기 전처리필터와 간격을 두고 오염공기를 강제로 유입시키기 위한 에어 팬이 설치된 흡기관;
    상기 에어 팬에 의해 흡입된 오염공기를 가열하기 위한 가열수단과, 가열된 오염공기에 이온을 공급하기 위해 제1 방전극이 설치되며, 상기 제1 방전극에 고전압을 인가하는 제1 고전압 발생기가 구비된 가열부;
    상기 가열부에서 가열된 오염공기에 고온의 수증기를 공급하는 증기 공급부;
    상기 고온의 수증기를 공급받은 오염가스를 회전시켜 선회형 난류 흐름이 갖도록 형성된 분배관이 구비되고, 상기 분배관에서 등속선회류 형태로 유입된 오염공기에 전계전자 에너지를 인가하기 위한 제2 방전극 및 상기 제2 방전극에 고전압을 인가하는 제2 고전압 발생기가 설치된 고전압 방전부;
    상기 고전압 방전부에서 이송된 오염공기에 자기장을 인가하여 여기 상태를 유지하도록 유도 코일이 형성되고, 상기 유도코일을 수용하는 지지관의 내주면에 자성층이 형성되며, 외주면에 영구자석을 포용하는 자기장 처리부;
    상기 자기장 처리부와 연결되어 전기화학적 반응을 통해 정화된 공기를 외부로 배출하기 위해 설치되며, 그 내주면에 고전압 방전과정에서 발생된 소음을 저감하기 위한 흡음재가 부착된 배기관;
    상기 배기관에 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸의 배출농도를 계측하는 센서가 설치되고, 이들 센서로부터 계측자료를 전송받아 가열부, 증기 공급부, 고전압 방전부, 자기장 처리부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가열부는 내부에 다수개의 분활지지관이 전·후 2단으로 구분되어 있고, 상기 분활지지관의 외부에 유도가열 코일이 나선형으로 감겨 있는 동시에, 전·후 분할지지관 사이에 제1 방전극이 설치되며, 상기 제1 방전극의 방전전극(+전극) 및 접지전극(-전극)에 고전압을 인가시키는 제1 고전압 발생기가 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 증기공급부는 물탱크, 급수공급밸브, 전기히타, 주증기밸브, 증기공급밸브, 침전물 배출밸브로 구성되며, 상기 물탱크에 급수공급밸브를 개방하여 증기 발생용 물을 공급하고, 전기히타에 전원을 공급 가열하면 내부의 물이 기화되어 건증기가 생성되며, 상기 건증기를 주증기밸브 및 증기공급밸브를 개방하여 가열부를 통과한 오염공기에 공급하는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 고전압 방전부의 분배관은 유입된 오염공기를 선회류 형태의 난류 흐름으로 변형하기 위한 나선형 돌출구와, 입구측 관경이 확대된 확산구, 외부표면에 방사형으로 양각 타공된 돌출형 분사구로 이루어진 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 고전압 방전부의 제2 방전극은 방전전극(+전극) 및 접지전극(-전극)이 조합되는 경우와, 방전전극(+전극)과 접지전극(-전극)의 뒷면에 면접하여 네오디움 재질의 영구자석이 부착되는 조합, 방전전극(+전극)과 접지전극(-전극)의 뒷면에 면접하여 영구자석이 부착되고 방전극의 방전표면에 이산화티탄(TiO2)과 같은 촉매물질이 코팅된 조합, 방전전극(+전극) 및 접지전극(-전극) 사이에 석영, 고순도 알루미나, 세라믹 재질의 유전체 중에서 택일되어 부착되는 조합 중에서 어느 하나를 선택하여 구성되는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 방전극은 텅스텐, 티타늄, 니켈 및 크롬성분이 함유된 스테인레스 스틸(STS304, 316L, 403), 콘스탄틴합금, 이규화몰리브덴, 백금, 코발트합금, 하스탈로이 중에 택일되며, 방전극 표면에 방전효율을 향상시키기 위하여 이산화티탄(TiO2), 이산화망간(MnO2), 지르코니아(ZrSiO4), 수산화리튬(LiOH), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 중에 택일된 촉매가 코팅되는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제2 방전극의 형상은 평판형, 정삼각형 이상의 다각형, 원형, 원뿔형, 피라미드형 중에 택일된 형상으로 구현되며, 또 다른 구현방법은 평판위에 삼각형 이상의 다각형, 원뿔형, 피라미드형 중에 선택된 하나 또는 둘 이상의 모양이 조합되어 면접되게 설치되는 형상인 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제2 방전극의 외부에는 PVC(Poly vinyle chloride), PE(Poly ethylene), PC(Poly carbonate), 베크라이트, 테프론, FRP, 세라믹 소성물 등의 절연 재질 중에서 택일된 셀이 설치되며, 상기 셀의 설치되는 형상은 직사각형 및 정사각형 셀인 경우 방전극의 방전전극(+극) 및 접지전극(-극)이 상하 마주보기, 좌우 마주보기, 상하 또는 좌우 지그재그 마주보기 형상 중에 택일되어 설치되고, 6각형 이상의 다각형 및 원형의 셀인 경우 좌우 인접하여 마주보기 형상으로 설치되고, 이중관 이상의 다중관의 셀인 경우 원주면상에 다수개가 상하 지그재그 마주보기 형상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 셀은 그 유입구 및 유출구의 형상이 직사각형 및 정사각형, 6각형 이상의 다각형의 셀인 경우 기울기가 15도 내지 90도의 경사면으로 형성되고, 원형 및 이중관 이상의 다중관형인 경우는 Bell mouth 형상, 또는 Taper 형상으로 기울기가 15도 내지 90도의 경사면으로 형성됨을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제2 고전압 발생기는 입력측 전압이 직류전압(DC)의 경우에는 12~440V이고, 교류전압(AC)의 경우에는 110~660V이며, 출력측 전압이 직류전압(DC) 및 교류전압(AC)의 경우 각각 1KV~300KV이며, 출력측 주파수(Hz)범위는 교류전압(AC)의 경우 1KHz~500KHz의 범위를 갖는 고정형 또는 가변형 고전압 발생기인 것을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 배기관의 끝단이 플랜지(FLANGE) 형상으로 마감되어 동일 용량을 갖는 또 다른 제거장치의 흡기관과 연결하여 다단설치됨을 특징으로 하는 악취 유발성 물질 및 바이오 에어로졸 제거장치.
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