KR101512648B1 - 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치에 관한 것으로, 그 목적은 도장부스에서 배출된 페인트 점착성 입자상 오염물질 및 가스상 오염물질과 응집제를 혼합하여 점착성을 제거한 입자상 오염물질과 가스상 오염물질을 필터 및 활성탄이 제거토록 한 건식 제거 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 페인트 도장부스에서 배출된 입자상 및 가스상 오염물질과 흡수제피더를 통해 공급받은 응집제를 혼합하여 입자상 오염물질의 점착성을 제거하는 믹싱챔버와;
믹싱챔버에서 배출된 점착성이 제거된 입자상 오염물질을 제거하는 필터와, 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스상 오염물질을 흡착하여 제거하는 활성탄모듈과, 상기 필터에 부착된 입자상 오염물질을 탈진하는 탈진부를 구비하여 정화된 공기를 외부로 배출하는 일체형 혼성 오염물질 제거장치;를 포함하여 구성된 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치를 발명의 특징으로 한다.

Description

도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치{Dry scrubbing apparatus for removal of paint particulate and gaseous pollutants from painting booth}

본 발명은 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치에 관한 것으로, 자세하게는 자동차 조립공장 등의 도장부스에서 대상물에 스프레이 방식으로 페인트 도장시 발생하는 각종 입자상 오염물질(점착성 페인트 입자, 분진)과 가스상 오염물질(휘발성 유기화합물)을 건식 방식으로 제거하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 도장부스에서 배출되는 입자상, 가스상 물질 제거기술은 정부의 주도하에 다양한 지원 사업이 추진되어 왔으며, 근래 한국 산업의 중심에 서 있는 자동차 제조 현장의 경우 도장과정 및 건조과정에서 다량의 대기 오염원이 발생하므로 여러 가지 방법이 도입되고 있다.

특히 국내 자동차 부분도장 시설 중 총 부피가 5m³ 이하, 동력 3 마력 이하는 대기배출방지시설 신고대상에서 제외되고 있는데 이 때문에 도장시설의 대기오염도가 심각한 수준에 있다.

구체적으로 현재까지는 도장시설 용적 5m³ 이하 또는 동력 3마력 이하의 소형 도장시설에 적용되고 있는 필터를 이용한 오염물질 제거장치는 대부분 도장시설 외부에 간이식 저감장치를 설치하여 사용하고 있으나, 필터의 처리 용량이 소용량이어서 저감장치의 성능 저하가 급격하여 오염물질 제거 기능이 상실된 상태에서 운용되고 있는 실정이다.

즉, 종래 사용되는 1회용 사각형 필터(규격 410mm x 510mm ∼ 510mm x 1,270mm) 는 그 사용수명이 매우 짧아 잦은 교체 필요하며, 1회용 사각형 중성능 필터의 사용으로 입자상 물질의 포집량이 한계가 있어 교체주기가 극히 짧고, 대부분의 도장부스 작업장에서는 비용절감을 위해 필터 교체를 하지 않는 등 관리가 잘 이루어 지지 않고 있는 실정이다.

더욱이 종래 사각형 필터는 점착성이 있는 페인트 입자가 필터에 붙게 되고 쌓이다 보면 그 처리 능력을 벗어나 포집되지 못한 나머지 점착성 페인트 입자 대부분이 후단의 활성탄 흡착 탑으로 유입 후 활성탄 입자의 표면에 부착되어 활성탄이 휘발성 유기화합물과 같은 가스상 오염물질을 제거하지 못하게 된다는 구조적 문제점이 있다.

도장 작업시 배출되는 오염물질 제거관련 국내 관련 선행특허로는, 한국 등록특허공보 등록번호 10-0837701의"환경 설비 일체형 도장장치", 한국 등록특허공보 공개번호 10-2012-0108283의 "자동차용 도장 시스템의 악취 저감 장치"등이 있다.

한국 등록특허공보 등록번호 10-0837701호"환경 설비 일체형 도장장치"는 철, 비철 전부에 사용할 수 있는 환경설비 일체형 도장장치에 관한 것으로, 도장부스 상부 있는 도장부스 측부에 환경설비물을 일체형으로 설치하여 공간점유를 최소화 하고, 도장작업시에 발생되는 각종 가스 및 분진이 포함된 배출공기를 4차 여과하여 배출공기 중의 환경오염물질(유해물질)을 거의 전부 제거할 수 있도록 한 것이다.

한국 등록특허공보 공개번호 10-2012-0108283호 "자동차용 도장 시스템의 악취 저감 장치"는 도장부스에서 오버 스프레이된 페인트 미스트에 함유된 VOCs를 함유한 순환수조의 순환수와 침전된 페인트 슬러지 내 염기성 미생물을 살균할 수 있는 산화수를 생성하는 제 2 산화수 발생장치에 관한 것으로 이 기술은 산화수를 도장부스 및 순환수조에 공급하기 위한 각각의 이송펌프를 포함하여 구성된다.

하지만 상기 선행특허들은 VOCs와 온실가스를 축소하는 효과는 있지만 도장부스 등에서 발생하는 입자상 물질은 제거하지 못한다는 구조적 단점이 있다.

한편, 국내 기술개발 동향으로 부분 도장용 집진장치는 국내에서는 자동차 등 부분도장 시설에 적용으로 중성능 필터를 활용한 부분도장시설에서 배출되는 페인트 입자 또는 입자상물질 포집을 위해 이동형 부분 도장용 집진장치를 제작하여 현장에 적용하고 있다. 이러한 부분도장용 집진장치는 1회용 중성능 필터를 공기 유입부분에 설치하여 유입되는 페인트 입자 또는 입자상물질을 제거하는 장치이다. 하지만 중성능 필터의 먼지부하가 한계가 있어 시설내부의 공기질을 청정하게 유지하기 위해서는 빈번한 필터 교체가 필요하다는 단점이 있다.

또한 점착성 미세분진 집진용 유동층 집진장치 기술이 있는데 이 기술은 대기 중에 고체나 액체의 미립자로 분포하고 있는 미세분진 등의 점착성 성분이 함유된 분진을 입자 유동층 장치에서 제거하는 기술로, 구성은 입자 유동층 장치 전단에 싸이클론과 후단에 최종 집진장치로 구성된다. 하지만 그 설비 구성이 복잡하여 소형 도장시설에는 적용되기가 불가능하며, 또한 설비의 압력손실이 높아 흡인팬의 부하가 커 운전유지비 소요가 많으며, 설비비가 고가로 소요되어 소형 부분도장 시설에 적용이 불가능하며, 설비 설치면적이 넓게 소요되어 대부분의 협소한 도장시설에는 적용이 불가능하는 단점이 있었다.

또한 촉매산화기술(catalytic thermal oxidation, 시흥환경기술개발센터, 2004) 촉매를 사용하여 산화온도를 400℃ 까지 낮출 수 있어 에너지 사용량이 적고 또한 고농도 VOC 제어에 적합하여 최대 90%이상의 제어효율을 나타내는 기술이 있다. 하지만 이 기술은 유입가스의 농도 변화가 크거나 촉매독을 유발하는 가스를 사용하게 되면 촉매에 문제가 생길 수 있는 단점을 가지고 있다.

한편, 국외 기술개발 동향으로 점착성 페인트 입자 제거기술은 켈러사의 자동차 페인트 부스용 건식 분리장치가 있으며, 자동차 페인트 부스용 건식분리장치는 자동차에 도장되지 않은 페인트 입자를 부스의 하부로 흡인하여 외부에 설치된 필터 요소에서 포집 제거하는 기술이며, 필터 요소는 주기적으로 포집된 페인트 입자를 주기적으로 제거하여 연속으로 사용하고 있다. 미국 켈러사의 자동차 페인트 부스용 건식분리장치에 적용되고 있는 필터 요소는 표면이 매끈한 종이 형 요소를 사용하였으며, 점착성 페인트 입자의 필터 표면에 부착되지 않고 잘 털어지도록 고밀도 필터 표면을 적용하였다.

독일 아이젠만사의 자동차 페인트 부스용 습식분리장치는 페인트 부스하부에 설치하였으며, 자동차에 도장되지 않은 페인트 입자를 부스의 하부로 흡인하여 하부에 설치된 수평형 벤츄리 스크러버에서 포집제거하는 기술이다. 독일 아이젠만사의 점착성 페인트 입자 습식분리기술은 대용량의 페인트 부스에 적용이 경제적이나, 폐수처리장치와 페인트 슬러지 제거장치가 별도 필요하여 운전 유지비가 건식분리기술에 비해 많이 소요되는 단점이 있다.

독일 듀어사의 자동차 페인트 부스용 건식분리장치는 페인트 부스하부에 설치하여 자동차에 도장되지 않은 페인트 입자와 외부에서 유입된 공기를 하부로 흡인시켜 건식분리장치로 유입되는 구조이며, 이 장치의 특징은 점착성 페인트 입자가 백 필터 표면에 부착하지 않고 효율적으로 포집하기 위해 장치의 하부에서 석회석을 공급하여 유입된 페인트 입자와 충분히 혼합, 응집하도록 하부에서 혼합기와 같은 패들을 회전시키고 있다. 혼합 응집된 입자상물질은 상부로 상승하여 백 필터에서 포집되며, 백 필터의 연속 사용을 위해 일정 압력손실이 도달하면 압축공기를 분사하여 입자상물질 층을 주기적으로 털어내고 있음. 백 필터 표면에 석회석 입자와 페인트 입자 혼합 응집되어 포집된 상태를 나타낸다. 혼합 응집된 입자상물질의 크기 약 30㎛ 정도로 나타났고, 페인트 입자(분홍색)와 석회석 입자(백색)가 서로 혼합된 상태를 볼 수 있다. 다만 장치 하부에 설치된 석회석 분산용 회전 패들의 구동부분의 잦은 고장이 있고, 회전 패들 표면에 점착성 페인트와 석회석 입자의 부착으로 혼합 능력, 패들의 회전으로 인해 백 필터에서 털어진 입자상물질의 재비 산으로 백 필터의 부하가 증가로 압력손실 상승속도 증가, 압력손실 상승속도 증가로 잦은 탈진조작으로 인해 백 필터 수명 저하 등과 같은 단점이 있다.

한국 등록특허공보 등록번호 10-0723871(2007. 05. 25.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-06303810(2006. 07. 14.) 한국 공개특허공보 공개번호 10-2004-0096824(2004. 11. 17) 한국 등록실용신안공보 등록번호 20-0255633(2001. 11. 15.)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 도장부스에서 배출된 페인트 점착성 입자상 오염물질 및 가스상 오염물질과 응집제를 혼합하여 점착성을 제거한 입자상 오염물질과 가스상 오염물질을 필터 및 활성탄이 제거토록 한 건식 제거 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 입자상 오염물질을 제거하는 필터의 수명을 늘리기 위해 입자상 물질이 부착되어 압력 손실이 증가하면 압축공기를 토출시켜 재생할 수 있는 건식 제거 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 활성탄 챔버내에 설치된 활성탄 모듈의 설치 구조를 최적화하여 가스상 물질의 제거 효율을 높인 건식 제거 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 페인트 도장부스에서 배출된 입자상 및 가스상 오염물질과 흡수제피더를 통해 공급받은 응집제를 혼합하여 입자상 오염물질의 점착성을 제거하는 믹싱챔버와;

믹싱챔버에서 배출된 점착성이 제거된 입자상 오염물질을 제거하는 필터와, 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스상 오염물질을 흡착하여 제거하는 활성탄모듈과, 상기 필터에 부착된 입자상 오염물질을 탈진하는 탈진부를 구비하여 정화된 공기를 외부로 배출하는 일체형 혼성 오염물질 제거장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치를 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 흡수제피더는 흡수제 저장호퍼에 저장된 응집제를 압축공기와 함께 공급받아 끝단에 형성된 노즐을 통해 분출토록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 응집제는 다공성 응집제인 Ca(OH)₂을 사용할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 일체형 혼성 오염물질 제거장치는 전단부를 구성하는 제 1 챔버에 설치되어 입자상 오염물질을 제거하는 필터와; 제 1 챔버의 후단과 연통된 제 2 챔버에 설치되어 필터를 탈진하는 탈진부와; 제 2 챔버의 후단과 연통된 제 3 챔버에 설치되어 가스상 오염물질을 흡착 제거하는 활성탄 모듈;로 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 필터는 카트리지식 평판형 주름 필터 또는 원통형 주름 백필터를 사용할 수 있다..

바람직한 실시예로, 상기 필터는 복수개가 수평방향으로 배열 설치되어 수평방향으로 유입되는 입자상 오염물질을 제거토록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 탈진부는 입자상 물질이 부착된 필터의 반대면쪽으로 압축공기를 분사시켜 제 1 챔버의 하부 먼지 컨테이너로 포집시키는 에어헤더와; 에어헤더에 압축공기 공급을 제어하는 솔레노이브 밸브;로 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 활성탄 모듈은 지그재그 형태로 형성된 케이스 내부에 활성탄을 장입하여 케이스에 형성된 다공을 통해 유입된 가스상 오염물질을 흡착토록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 활성탄 모듈은 복수개를 수평방향으로 다단 결합 구성할 수 있다

바람직한 실시예로, 상기 활성탄 모듈에 장입된 활성탄은 입상과 조립상을 섞어서 사용한 혼합활성탄일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 건식 제거 장치는 자동차를 포함한 여러 산업현장의 도장부스에서 에어스프레이를 이용하여 페인트 도장시 발생하는 점착성 페인트 입자상 물질을 포함한 입자상 물질과 가스상 물질을 95% 이상 신뢰성 있게 다단으로 일괄 건식처리 할 수 있다는 장점과,

또한 점착성 페인트 입자 및 입자상물질 제거용 필터 카트리지 수명을 1.5 ~ 2년 사용할 수 있으며, 전체 시스템의 관리주기가 6개월 정도여서 안정적으로 지속적으로 점착성 페인트 입자상 물질을 포함한 입자상 물질과 가스상 물질을 제거할 수 있다는 장점과,

또한 점착성 입자상 물질을 포함한 입자상물질과 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 등 가스상 오염물질을 혼성 제거하는 건식 제거 장치를 제공함으로써 도장부스 주변의 미세입자물질 및 VOCs 등 악취물질의 배출을 신뢰성 있게 억제하여 페인트 도장 부스 주변에 정화된 공기가 배출됨으로써 청정 대기질을 유지할 수 있다는 장점과,

또한 건식 제거장치의 운전에 소요되는 응집제의 재활용, 필터 카트리지의 주기적인 청소 및 활성탄의 재생을 통해 배출 폐기물을 최소화 할 수 있다는 장점과,

또한 환경적 측면으로 도장 미세입자 및 VOC의 결합의 고효율 제어 효과에 따른 민원이 감소한다는 장점과,

또한 종래 플라즈마 설비의 초기비용 대비 1/3 ~ 1/5 정도의 비용으로 페인트 점착성 입자상 물질을 포함한 입자상 물질과 가스상 물질을 제거 설비를 제공할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 건식 제거 장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 예시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 입자상 오염물질과 가스상 오염물질을 제거하는 일체형 건식제거장치를 보인 구성도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 활성탄 모듈의 결합 형태를 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 단위 활성탄 모듈의 형태를 보인 예시도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 단위 활성탄 모듈에 활성탄이 장입된 모습을 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 다공성 응집제가 점착성 페인트 입자상 물질로부터 점착성 물질을 제거한 것을 보인 사진이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 의한 다공성 응집제의 공급 유량변화에 따른 부분집진효율을 보인 그래프이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 의한 다공성 응집제의 공급 유량변화에 따른 총괄집진효율을 보인 그래프이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 의한 활성탄의 흡착효율을 보인 보인 그래프이다.

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 건식 제거 장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 입자상 오염물질과 가스상 오염물질을 제거하는 일체형 건식제거장치를 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 활성탄 모듈의 결합 형태를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 단위 활성탄 모듈의 형태를 보인 예시도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 단위 활성탄 모듈에 활성탄이 장입된 모습을 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 구성은 자동차 공장 등의 도장부스(1)에서 도장대상체(T)에 스프레이 건(2)을 이용하여 도장시 대기오염 물질인 점착성 입자상 물질과 분진을 포함한 입자상 오염물질과 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)을 함유한 가스상 오염 물질이 도장부스(1)에서 배출덕트(3)를 통해 배출되면 먼저 점착성 입자상 물질은 다공성 응집제를 이용하여 점착성을 제거한 후 필터에서 제거하고, 가스상 물질은 활성탄모듈에서 흡착하여 제거하는 장치로 구성된다. 이와 같이 구성된 본 발명의 건식 제거 장치는 종래 점착성 입자상 물질이 필터에 부착되어 압력감소로 인한 필터 능력 저하 문제를 해결하여 청정한 공기로 정화되어 배출 팬을 통해 청정공기가 대기로 배출되게 된다.

또한 이하에서는 설명의 편의상 자동차 공장의 도장부스(1)만을 한정하여 예로 들었지만 본 발명은 자동차 분야에만 한정되는 것은 아니고 스프레이를 이용하여 페인트를 대상체에 도장하는 도장부스(1)에서 발생하는 점착성 입자상을 포함하는 입자상오염물질과 가스상 오염물질을 제거하는 기술분야에는 모두 적용될 수 있다.

도시된 한 실시예처럼 자동차의 외장 도색을 위해 미도시된 페인트 저장소에서 공급되는 페인트를 에어 컴프레셔(4)에서 공급되는 압축공기와 함께 스프레이 건(2)을 통해 밀폐 상태의 도장부스(1)내에서 도장작업이 이루어지면 페인트의 점착성 입자상 오염물질 및 기타 이물질로 이루어진 입자상 오염 물질과 페인트 성분 중 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds)과 같은 가스상 오염물질이 도장 부스(1)의 상부 배출덕트(3)를 통해 배출되게 된다. 참고로 상기 도장부스(1)에는 압축공기뿐만 아니라 적어도 하나 이상의 헤파 필터(5)가 설치되어 외부의 신선 공기가 유입되도록 구성된다.

배출된 오염물질 중 점착성 입자상 오염물질은 믹싱챔버(8)에 공급되고, 동시에 점착성 입자상 오염물질을 제거하기 위해 흡수제 저장호퍼(6)에 저장된 다공성 응집제가 흡수제 피더(7)를 이용하여 믹싱챔버(8)에 공급하게 된다. 다공성 응집제가 믹싱챔버에 공급되면 도장부스(1)를 통해 공급되는 입자상 오염물질과 가스상 오염물질중 페인트 점착성 입자상 물질이 반응하여 점착성이 제거되게 된다.

상기 흡수제 피더(7)는 바람직하게는 끝단에 노즐(9)이 형성되어 상부쪽으로 분사되게 구성하여 믹싱챔버의 상부에서 하부로 낙하하는 점착성 입자상 오염물질과 골로루 혼합되면서 점착성을 제거하도록 구성한다.

상기처럼 노즐(9)을 상부로 향하게 하면 긴 접촉시간을 가질수 있는데 그 이유는 믹싱챔버에 공급되는 다공성 응집제의 분사방향이 상부쪽으로 분사되기 때문에 낙하하는 점착성 페인트 입자상 물질이 상부쪽으로 분사되는 응집제를 만나게 되면 낙하 흐름에 변화가 생겨 직접 하부로 낙하하는 흐름보다 상대적으로 긴 흐름을 가지게 되어 결과적으로 긴 접촉시간을 가지게 된다.

상기 흡수제 피더(7)는 공급되는 압축공기의 압력에 따라 일정한 양의 다공성 응집제를 믹싱챔버에 공급하게 된다. 흡수제 피더(7)가 공급하는 다공성 응집제는 도장부스(1)에 공급되는 압축공기처럼 에어 컴프레셔(4)를 통해 압축공기를 제공받아 배출되도록 구성함으로써 고압의 분사력을 가지면서 분무화되어 골고루 입자상 물질과 접촉하여 응집 반응이 일어나게 된다.

상기 응집제는 여러 가지가 사용될수 있지만 Ca(OH)₂를 사용하는 것이 바람직하다. 응집제는 비다공성 응집제와 Ca(OH)₂와 같은 다공성 응집제가 있는데 점착성 페인트 입자와 다공성 응집제를 반응시키면 응집제에 빈 공간이 많아 비표면적이 넓고 총 세공용적이 커서 일반 응집제보다 효율이 좋기 때문에 본 발명에서는 응집제거 효율을 높이기 위해 다공성 Ca(OH)₂를 사용하였다.

이처럼 믹싱챔버(8)에 공급된 점착성 페인트 입자상 물질은 믹싱 챔버를 통해 다공성 응집제와 긴 접촉시간을 유지하여 응집된 입자상 물질은 점착성이 상실됨으로써 후단의 필터 표면에 입자상 물질이 달라붙어도 점착성이 상실된 상태로 부착되게 된다. 점착성이 제거된 페인트 입자상 물질과 점착성 물질을 다공구조에 저장한 다공성 응집제는 필터 카트리지 표면에 부착되어 필터링되게 되는데, 점차 쌓인 양이 많아져 필터 카트리지의 압력감소가 일어나게 되면 에어헤더를 통해 고압의 공기를 공급시 자연스럽게 하부로 낙하하여 필터의 압력감소 문제가 해결되어 다시 필터의 역할을 할 수 있게 재생된다.

믹싱 챔버를 통과한 점착성이 제거된 입자상 오염물질과 가스상 오염물질은 믹싱챔버의 하부를 통해 일체형 혼성 오염물질 제거장치(10)로 공급되게 된다.

일체형 혼성 오염물질 제거장치(10)는 입자상 물질과 휘발성 유기화물과 같은 가스상 오염물질을 일괄처리하는 장치로 전단부를 구성하는 제 1 챔버(11)에 설치된 필터(12)를 통해서는 입자상 물질을 제거하고 제 1 챔버의 후단에 연통되어 설치된 제 2 챔버(13)에는 필터를 압축공기로 탈진하는 탈진부(14)가 설치되고, 제 2 챔버의 후단에 연통되어 설치된 제 3 챔버(15)에는 휘발성 유기화물과 같은 가스상 오염물질을 흡착 제거하는 활성탄 모듈(16)이 설치되어 다단으로 입자상 오염물질과 가스상 오염물질을 제거하게 된다.

일체형 혼성 오염물질 제거장치를 거치면 도장부스(1)에서 배출된 입자상 오염물질과 가스상 오염물질이 거의 제거되어 청정공기로 정화되게 된다.

상기 제 1 챔버(11)에 설치된 필터(12)는 전방면을 통해 수평하게 공급되는 입자상 오염물질의 흐름이 필터(12) 쪽으로 유입되게 구성한다. 만약 입자상 오염물질의 흐름이 수직한 방향으로 공급되면 이에 따라 설치방향을 변경하여 설치한다.

상기 필터(12)는 카트리지식으로 구성되어 교체시 용이하게 교체가 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 필터는 평판형 주름 필터를 사용하거나 원통형 주름 백필터로 구성할 수 있다. 바람직하게는 원통형 주름 백필터를 사용하는 것이 표면에 부착된 입자상 오염물질의 탈질에 효과적이다. 이는 원통형 주름 백필터가 압축공기를 내부 공간에 저장하여 팽창되면서 골고루 탈질하기 좋은 구조이기 때문이다.

평판형 주름필터 또는 원통형 주름 백필터는 복수개로 배열하는 것이 바람직하다. 이왁 같이 복수개로 구성하면 하나의 필터가 입자상 물질이 달라붙어 막히게 되면 덜 막힌 필터쪽으로 공기의 흐름을 따라 입자상 오염물질이 흘러가게 됨으로써 바람직하다.

배열방식은 최소한 상하좌우로 배열하는 것이 좋고 그보다 개수가 많으면 더 바람직하다.

또한 배열 설치된 평판형 주름필터는 일정 영역을 커버하는 평판형 주름필터를 하나로 구성하지 않고 적어도 2개 이상의 평판형 주름필터를 다단 설치하면 더욱 좋은 필터링 효과를 가질 수 있다. 이 경우 전후로 이웃하는 평판형 주름필터 간에는 공간부를 가지게 설치하는 것이 좋다. 너무 촘촘하게 설치하면 부하가 커져 원활한 입자상 오염물질 제거에 오히려 방해받을 수 있기 때문이다. 따라서 이를 감안하여 설치하면 된다. 대략 2 ~ 4개 이내로 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기한 평판형 주름 필터의 개수만을 특정하지는 않고, 최소 상하좌우로 배치될 수 있도록 상부에 2개 하부에 2개 정도가 배치되면 충분하다.

상기 탈진부(14)는 평판형 주름 필터 또는 원통형 주름 백필터에 과도한 입자상 오염물질 및 점착성 물질을 다공구조내에 저장한 다공성 응집제가 달라 붙어 압력손실이 커지게 되면 이를 제거하여 원활한 필터링이 이루어지도록 하기 위한 장치로 필터(12)의 표면에 형성된 먼지층을 털어내기 위해서 필터에 고압의 압축공기를 순간적으로 분사하여 충격 기류를 형성시키는 충격기류의 충격과 팽창된 충격기류가 제 1 챔버의 하부에 설치된 먼지 컨테이너로 하강하면서 필터의 표면에 형성된 먼지층을 제거하는 장치이다.

상기 제 1 챔버 하부에 장치된 호퍼형태의 먼지 컨테이너(17)는 회전 밸브(18)의 개폐에 따라 입자상 오염물질을 포집 또는 배출하게 된다.

또한 압축공기는 전술한 도장부스의 에어건에 공급되는 압축공기 및 흡수제 피더에 공급되는 압축공기와 같이 에어 컴프레셔(4)에서 공급된다.

구체적으로 상기 탈진부(14)는 에어 컴프레셔(4)에서 공급된 압축공기를 입자상 오염물질이 표면에 부착된 필터의 반대쪽에서 분사하여 입자상 오염물질을 탈진하는 에어 헤더(19)와 에어헤더에 압축공기 공급을 제어하는 솔레노이브 밸브(20)로 구성된다. 솔레노이드 밸브(20)는 전자석에 의해 개폐를 행하여 탈진용 압축 공기 분사를 제어하게 된다. 솔레노이드밸브는 이와 회로 연결된 컨트롤박스(21)에 의해 그 작동이 제어된다.

컨트롤 박스(21)는 페인트 부스공간에서 배출하는 공기의 흡인 유량(Nm³/min), 필터의 탈진, 인버터를 제어하여 배출팬의 회전속도를 조정하게 된다.

상기 도장부스(1)의 에어건, 믹싱챔버의 흡수제피더 및 탈진부의 에어헤더에 공급되는 압축공기는 에어 컴프레셔(4)에서 공기를 압축하여 에어탱크(41)로 보내 저장하고, 필요시 프리 필터(42)를 거쳐서 청정 공기를 에어 드라이어(43)로 보내 공기에 있는 수분을 제거 한 뒤 파이널 필터(44)를 통해 다시 한번 필터링 후 청정 공기를 사용처로 보내도록 구성된다.

상기 활성탄 모듈(16)은 제 2 챔버(13)를 지나 공급되는데 이때 입자상 물질은 모두 제거되고 가스상 오염물질만 공급되어 활성탄 모듈이 흡착하여 제거한 다음 청정공기를 배출팬을 통해 대기로 배출되게 된다.

활성탄 모듈(16)은 표면에 복수개의 구멍(161)이 형성된 케이스(162) 내부에 활성탄(163)을 장입시킨 것으로 성능이 저하된 활성탄은 하부 밸브(164)를 개방 후 배출하고 새로운 활성탄을 상부를 통해 장입할 수 있는 구조로 구성된다.

또한 활성탄 모듈(16)의 설치형태는 일반적인 평판형 직사각기둥 형태의 케이스 내부에 활성탄을 장입한 활성탄 모듈로 구성 후 이를 복수개 배열하여 구성할 수 있고, 바람직하게는 측단면 기준으로 도 3 내지 5에 도시된 것처럼 지그재그 형태의 케이스 내부에 활성탄을 장입한 모듈 형태를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 형태로 구성하면 가스상 물질과의 접촉 면적과 시간이 많아져 보다 효과적으로 흡착시켜 제거할 수 있게 된다.

상기 지그재그 형태의 활성탄 모듈은 복수개로 배열되어 첫 번째 활성탄 모듈을 통과한 가스상 오염물질은 마지막 활성탄 모듈을 통과할 때쯤이면 모두 제거되어 청정한 공기만 남게 된다.

청정 공기는 인버터(22)로 회전속도가 제어되는 배출팬(23)을 통해 외부로 배출되게 된다.

미설명된 부호 24는 컨트롤박스의 제어상황 정보를 변환하는 아날로그/디지털 컨버터이고, 25는 아날로그/디지털 컨버터의 정보를 모니터링 하거나 제어명령을 보내도록 하는 PC(25)이다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 다공성 응집제가 점착성 페인트 입자상 물질로부터 점착성 물질을 제거한 것을 보인 사진으로 오른쪽 하부의 입자 색깔을 보면 적색계열 색깔로 보이는데 이는 다공성 응집제의 다공구조 내에 실험시 사용된 적색계열 페인트의 점착성 입자가 다공구조 내에 들어갔음을 보여준다.

즉, 믹싱챔버에 상부쪽으로 분사된 다공성 응집제는 믹싱챔버의 상부에서 하부방향으로 공급되는 점착성 페인트 입자상 물질 중의 점착성 물질을 다공 구조내로 응집시켜 점착성이 제거된 페인트 입자상 물질을 혼성 오염물질 제거장치의 필터에 공급하게 된다.

상기 믹싱 챔버를 통과하면서 다공성 응집제와 긴 접촉시간을 유지하여 응집된 페인트 입자상 물질은 비점착성 상태로 필터로 공급되어 필터 표면에 부착되었다가 필터 재생을 위해 탈진시 비점착성인 관계로 필터로부터 털려 하부로 제거되게 되고,

믹싱챔버에서 점착성 페인트 입자상 물질로부터 점착성 물질을 응집시켜 다공구조에 저장한 다공성 응집제도 필터 표면에 부착되었다가 필터 재생을 위해 탈진시 점착성이 적어 필터로부터 털려 하부로 낙하하게 된다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 의한 다공성 응집제의 공급 유량변화에 따른 부분집진효율을 보인 그래프이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 의한 다공성 응집제의 공급 유량변화에 따른 총괄집진효율을 보인 그래프이다. 도시된 바와 같이 다공성 응집제를 사용하게 되면 유량변화에도 미차가 있을 뿐 모두 효율이 좋았다.

구체적으로 도 7은 본 발명의 실험 결과로, 다공성 응집제를 10g/min, 20g/min 공급하여 비교한 먼지입자 입경별에 따른 포집되는 비율인 부분집진효율 그래프이다. 도시된 바와 같이 다공성 응집제를 10g/min, 20g/min 공급함으로써 높은 입자상 오염물질(점착성 페인트 입자, 분진) 제거 특성을 보여 주게 되며, 실험장치의 유량 20 Nm³/min 조건에서 입자상물질 크기에 따른 제거효율을 나타낸다. 다공성 응집제 분사량이 10g/min, 20g/min인 두 조건에서 입자상물질의 크기와 상관없이 모두 99.9% 이상의 제거효율이 나왔다.

η_f(%) =

× 100(%) 여기서, η_f는 부분집진효율을 나타내며, C_{N , raw}는 먼지입자의 입경별 입구 개수농도를 나타내며, C_{N , clean}은 먼지입자의 입경별 출구 개수농도를 나타낸다.

도 8은 다공성 응집제를 10g/min, 20g/min 공급하여 비교한 먼지입자 입경별에 따른 포집되는 비율인 총괄집진효율 그래프로, 다공성 읍집제를 10g/min, 20g/min 공급함으로써 높은 입자상 오염물질(점착성 페인트 입자, 분진) 제거 특성을 보여 주게 되며, 실험장치의 유량 20 Nm³/min조건에서 다공성 응집제 분사량 변화에 따른 총괄입자상물질 제거효율을 나타낸. 다공성 응집제의 분사량이 10g/min, 20g/min인 조건에서 총괄입자상물질 제거효율은 각각 99.980%, 99.981%로 유지되었다.

η_t(%) =

× 100(%) 여기서, η_t는 총괄집진효율, V_j는 먼지입자의 입경별 부피, C_N,raw는 먼지입자의 입경별 입구 개수농도, C_N,clean는 먼지입자의 입경별 출구 개수농도를 나타낸다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 의한 활성탄의 흡착효율을 보인 보인 그래프로, 본 발명에서 사용하는 활성탄은 입상 활성탄과 조립상 활성탄으로 이루어진 혼합활성탄을 사용할 수 있는데 이와 같이 크기가 서로 다른 활성탄을 혼합 사용시 보다 효율적으로 가스상 물질(휘발성 유기화합물)을 흡착하게 된다. 그 이유는 입상활성탄의 구조와 조립활성탄의 구조는 서로 다르며 이 두 가지를 섞을 경우 간격이 촘촘해져서 빈틈이 없게 되어 가스상 물질(휘발성 유기화합물)의 흡착 효율을 극대화 시킬 수 있게 된다.

도시된 바와 같이 가스상 물질 즉, 휘발성 유기화합물(VOCs)의 흡착 분석에는 GC/MSD(Agilent 5975, USA)와 Thermal desorption device(Unity TD Markes, USA)를 사용하였다. GC에 사용된 컬럼은 DB-624(60m(L) × 320μm(ID) × 1.8μm)로서 VOCs 전용 컬럼을 사용하여, 혼합 활성탄의 효율을 알아 보았다.

실험결과를 보여주는 그래프는 페인트 부스와 활성탄 모듈의 처리 후 과정을 825초 동안 측정하는 과정에서 측정시간 동안 15초 간격으로 측정결과를 저장하여 평균 측정결과를 나타낸 결과값인데, 총 6회의 측정 실험 결과 유입되는 VOCs 농도의 변화가 200 ~ 700ppm으로 큰 폭으로 변화 하였으나 전체 제거 효율은 95%를 기준으로 변화 하였다.

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.

(1) : 도장부스 (2) : 스프레이 건
(3) : 배출덕트 (4) : 에어 컴프레셔
(5) : 헤파 필터 (6) : 흡수제 저장호퍼
(7) : 흡수제 피더 (8) : 믹싱챔버
(9) : 노즐 (10) : 일체형 혼성 오염물질 제거장치
(11) : 제 1 챔버 (12) : 필터
(13) : 제 2 챔버 (14) : 탈진부
(15) : 제 3 챔버 (16) : 활성탄 모듈
(17) : 먼지 컨테이너 (18) : 회전 밸브
(19) : 에어 헤더 (20) : 솔레노이브 밸브
(21) : 컨트롤박스 (22) : 인버터
(23) : 배출팬 (24) : 아날로그/디지털 컨버터
(25) : PC (41) : 에어탱크
(42) : 프리 필터 (43) : 에어 드라이어
(44) : 파이널 필터 (161) : 구멍
(162) : 케이스 (163) : 활성탄
(164) : 하부 밸브

Claims (10)

1. 페인트 도장부스에서 배출된 입자상 및 가스상 오염물질과 흡수제피더를 통해 공급받은 응집제를 혼합하여 입자상 오염물질의 점착성을 제거하는 믹싱챔버와;
   전단부를 구성하는 제 1 챔버에 설치되어 상기 믹싱챔버에서 배출된 점착성이 제거된 입자상 오염물질을 전방면을 통해 수평하게 유입시켜 제거하는 필터와, 제 1 챔버의 후단과 연통된 제 2 챔버에 설치되어 상기 필터에 부착된 입자상 오염물질을 탈진하는 탈진부와, 제 2 챔버의 후단과 연통된 제 3 챔버에 설치되어 휘발성 유기화합물을 포함하는 가스상 오염물질을 흡착하여 제거하는 활성탄모듈을 구비하여 정화된 공기를 외부로 배출하는 일체형 혼성 오염물질 제거장치;를 포함하여 구성하되,
   상기 활성탄 모듈은 복수개의 단위 활성탄 모듈이 수평방향으로 다단 결합되게 구성하고, 상기 단위 활성탄 모듈은 지그재그 형태로 형성되어 표면에는 복수개의 구멍이 형성된 케이스 구조로 이루어지고, 케이스 내부에는 입상과 조립상을 섞은 혼합활성탄이 장입되어 유입된 가스상 오염물질을 흡착시키며, 성능이 저하된 혼합활성탄은 하부 밸브를 개방 후 배출하고 새로운 혼합활성탄을 상부를 통해 장입할 수 있는 구조로 구성되고,
   상기 탈진부는 입자상 물질이 부착된 필터의 반대면쪽으로 압축공기를 분사시켜 제 1 챔버의 하부 먼지 컨테이너로 포집시키는 에어헤더와; 에어헤더에 압축공기 공급을 제어하는 솔레노이브 밸브;로 구성된 것을 특징으로 하는 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡수제피더는 흡수제 저장호퍼에 저장된 응집제를 압축공기와 함께 공급받아 끝단에 형성된 노즐을 통해 분출토록 구성한 것을 특징으로 하는 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 응집제는 다공성 응집제인 Ca(OH)₂을 사용하는 것을 특징으로 하는 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터는 카트리지식 평판형 주름 필터 또는 원통형 주름 백필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 필터는 복수개가 수평방향으로 배열 설치되어 수평방향으로 유입되는 입자상 오염물질을 제거토록 구성된 것을 특징으로 하는 도장부스에서 배출된 페인트 입자상 및 가스상 오염물질용 건식 제거 장치.
   
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8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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