KR101635780B1 - 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성 반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치 - Google Patents

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Abstract

배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치에 관한 것으로,
자동차의 엔진 쪽 배기파이프와 접속되는 유입파이프와 머플러 쪽 배기파이프와 접속되는 배출파이프를 가지는 함형의 전환챔버; 전환챔버에 충전되는 다수의 광촉매부재; 전환챔버의 내부에 설치되어 상기 광촉매부재에 빛을 조사하는 조명수단; 상기 전환챔버의 배출파이프에 설치되어 기체 상태로 전환된 메탄올을 냉각하여 액화하는 냉각기; 상기 배출파이프에 설치되어 메탄올을 회수하는 메탄올 회수탱크;를 포함하는 기술 구성을 통하여
자동차의 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 배출을 억제할 수 있게 되고, 유레아와 메탄올을 전환할 수 있게 되어 에너지 절감과 환경보호, 건강증진을 도모할 수 있게 되는 것이다.

Description

배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성 반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치 { UREA AND METANOL CONVERSION APPARATUS WITH PHOTOSYNTHETIC OF CARBON DIOXIDE AND NITROGEN OXIDE INCLUDING EXHAUST GAS }
본 발명은 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 배기가스가 배기가스 유로에 설치된 광촉매부재가 충전된 전환챔버를 통과하는 과정에서 배기가스의 성분 중에서 이산화탄소(CO2)와 질소산화물(NOx)이 광합성반응을 통해 유레아 및 메탄올로 전환되도록 한 것에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기가스는 인체 유해가스인 이산화탄소(CO2)와 질소산화물(NOx)을 다량 포함하고 있다.
표 1은 자동차의 배기가스 성분표이다.
사용연료 오염물질 (g/ km : CVS -75 mode ) 연료효율( km /L)
CO HC NOx Aldehyde
CNG 0.755 0.018 0.05 - 10.4
gasoline 1.35 0.16 0.06 - 8.1
Diesel 0.28 0.08 1.25 - 11.5
한편, 2013년 시작으로 세계 탄소배출권 시장의 지속적인 확대가 예상되며, 에너지 다소비 기업을 중심으로 배출량 할당에 따른 탄소 저감비용을 최소화하기 위해 탄소시장으로의 진출이 활발한 가운데 배출권 시장이 더욱 활성화될 전망이다.
참고적으로 유럽 및 일본의 전력, 철강 등 에너지 다소비기업들은 탄소 저감비용이 너무 높아 탄소시장 활용이 불가한 실정이며, EU 배출권 시장(EU-ETS)은 1단계 기간 동안 탄소감축 의무를 불이행한 기업에 톤당 40유로의 벌금을 부과했으며, 2008년부터 시작되는 2단계에서는 벌금이 톤당 100유로로 인상되었기에 탄소배출권에 진출하는 기업이 보다 증가할 것으로 예상된다.
또한, 탄소 가격이 계속 상승할 것으로 전망됨에 따라, CCS 기술의 혁신적인 비용 절감 전제 하에 이산화탄소(CO2) 포집설비산업 및 포집처리산업이 유망 신산업으로 부상할 것으로 기대되고 있다.
2020년 탄소 가격은 CCS 기술을 적용한 포집비용(avoidance costs)과 비슷한 수준으로 증가할 것으로 예상되며 2020년 이후에는 CCS 기술 상용화 가속화 전망이다.
질소산화물(NOx) 가스 배출에 있어서도, 탄소 포집 비용(avoidance costs)과 비슷한 수준으로 증가할 것으로 예상되며, 질소산화물(NOx) 중의 아산화질소(N2O)는 이산화탄소(CO2)에 비해 오존층 파괴에 30배 이상의 영향이 알려져 있다.
이에 최근 들어 유럽에서 생산되던 가솔린 차량 대비 디젤차의 생산비율이 감소하고 있으며, 이는 상기의 오존층 파괴 외에 디젤 차량에서 다량 배출되는 질소산화물(NOx)에 의한 폐렴, 폐암의 발생이 또 하나의 문제로 알려져 있기 때문이다.
질소산화물(NOx) 가스 배출차량인 디젤의 질소산화물(NOx) 배출량을 줄이기 위한 요소수의 사용증대 및 조만간의 법제화를 통한 요소수 탱크의 설치를 하려는 국제적인 추세에 비추어 볼 때 요소수 생산을 하는 화학공장에서의 또 다른 이산화탄소(CO2) 배출 등의 문제점과 동 요소수 이동을 위한 이산화탄소(CO2)의 또 다른 방출을 막을 수 있도록 하는 연구가 필요한 실정이다.
하기의 특허문헌 1에는 디젤엔진의 배기가스로부터 오염물의 감소방법이 개시되어 있고, 하기의 특허문헌 2에는 자동차 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 처리하기 위한 배기가스 처리용 촉매가 개시되어 있다.
특허문헌 1의 디젤엔진의 배기가스로부터 오염물의 감소방법은 엔진으로부터의 배기가스를 필터와 같은 애프터-트리트먼트와 접촉시킴으로써 디젤엔진의 배기가스로부터 NOx와 미립자 방출 같은 오염물의 수준을 감소시킨다.
특허문헌 2의 배기가스 처리용 촉매는 제올라이트의 총 중량에 대하여 적어도 약 1.35 중량%의 세륨을 가지는 금속 충진된, 낮은 SAR 제올라이트-기초 SCR 촉매이며, 자동차 배기가스 중의 질소산화물을 제거 또는 감소시킨다.
특허문헌 3에는 메탄올 연료를 사용하는 차량의 미연메탄올 및 포름알데하이드 추출장치가 개시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2003-0034100호 (2003년 05월 01일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0107348호 (2014년 09월 04일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-1998-0035040호 (1998년 08월 05일 공개)
그러나 특허문헌 1 내지 특허문헌 3을 포함한 종래 기술에 따른 자동차 배기가스 오염물질 저감방법 및 저감장치는 여전히 배기가스의 유해성분을 제거 또는 저감하는 효율이 크게 떨어질 뿐 아니라 배기가스를 재활용하지 못하게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 자동차 배기가스의 유해성분인 이산화탄소(CO2)와 질소산화물(NOx)를 포집하여 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 자동차의 엔진 쪽 배기파이프와 접속되는 유입파이프와 머플러 쪽 배기파이프와 접속되는 배출파이프를 가지는 함형의 전환챔버; 전환챔버에 충전되는 다수의 광촉매부재; 전환챔버의 내부에 설치되어 상기 광촉매부재에 빛을 조사하는 조명수단; 상기 전환챔버의 배출파이프에 설치되어 기체 상태로 전환된 메탄올을 냉각하여 액화하는 냉각기; 상기 배출파이프에 설치되어 메탄올을 회수하는 메탄올 회수탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 전환챔버의 일측에 엔진 쪽 배기파이프와 접속되는 유입파이프가 마련되고, 전환챔버의 타측에 머플러 쪽 배기파이프와 접속되는 배출파이프가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 유입파이프 후단, 배출파이프의 선단, 그리고 전환챔버의 내부 하부에 광촉매의 이탈을 방지하는 스크린이 설치되고, 전환챔버의 내부 하단부에 유레아 회수공간이 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 유레아 회수공간의 하단에 유레아 인출구가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 광촉매부재가 중공구체; 중공구체의 외부 표면에 코팅되는 전이금속이 도핑된 이산화티탄(TiO2) 광촉매;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 광촉매부재의 중공구체는 합성수지 재질 또는 텅스텐 옥사이드(WO3) 재질인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 메탄올 회수탱크가 배출파이프에 마련되는 회수구에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 전환챔버의 일측에 엔진 쪽 배기파이프와 접속되는 유입파이프가 마련되고, 전환챔버의 상단에 머플러 쪽 배기파이프와 접속되는 배출파이프가 마련되며, 전환챔버의 하단 중앙과 유입파이프의 사이에 전환챔버로부터 배출된 광촉매부재를 다시 전환챔버의 내부로 공급할 수 있도록 하는 순환파이프가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 유입파이프의 순환파이프와 연결부위 전방에 소직경부가 마련된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치는 상기 전환챔버의 내부에 외곽쪽에서 중심쪽으로 광촉매부재를 유도할 수 있도록 하는 유도격판이 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치에 의하면, 자동차 배기가스의 성분 중에서 질소산화물로부터 유레아를 전환할 수 있게 되고, 이산화탄소로부터 메탄올을 전환할 수 있게 되어 에너지를 재활용할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치에 의하면, 자동차의 운행과정에서 인체 유해물질인 이산화탄소와 질소산화물의 배출을 크게 억제할 수 있게 되어 환경보호와 건강증진을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 장착 예시도,
도 2는 동 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 구성도,
도 3은 동 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 광촉매의 종단면도,
도 4는 광촉매 반응과정을 나타낸 그림,
도 5는 대표적 전이금속인 철(Fe)을 도입하여 자외선에서 반응하던 이산화티탄이 가시광선 하에서도 광촉매 반응을 일으키는 원리를 보여주는 그림,
도 6은 유레아 생성과정을 나타낸 그림,
도 7은 메탄올 생성과정을 나타낸 그림,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 구성도,
도 9는 동 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 전환챔버의 횡단면도
도 10 및 도 11은 동 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 순환파이프와 유입파이프 연결부위의 종단면도.
이하 본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 장착 예시도이다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)는 자동차의 배기파이프(200)에 설치되어 배기가스로부터 유레아와 메탄올을 전환한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 구성도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)는 전환챔버(110), 광촉매부재(120), 조명수단(130), 냉각기(140), 메탄올 회수탱크(150)를 포함한다.
전환챔버(110)는 함형으로 구성되고, 자동차의 배기파이프(200)에 설치된다.
전환챔버(110)의 일측에는 엔진 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 유입파이프(111)가 마련되고, 전환챔버(110)의 타측에는 머플러 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 배출파이프(112)가 마련된다.
상기 유입파이프(111) 후단, 배출파이프(112)의 선단, 그리고 전환챔버(110)의 내부 하부에는 광촉매(120)의 이탈을 방지하는 스크린(113)이 설치된다.
전환챔버(110)의 내부 하단부에는 유레아 회수공간(U)이 마련되고, 유레아 회수공간(U)의 하단에는 유레아 인출구(114)가 마련된다.
도 3은 동 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 광촉매의 종단면도이다.
광촉매부재(120)는 중공구체(121); 중공구체(121)의 외부 표면에 코팅되는 전이금속이 도핑된 이산화티탄(TiO2) 광촉매(122);를 포함한다.
상기 광촉매부재(120)의 중공구체(121)는 폴리프로필렌(PP)과 같은 합성수지 재질의 것 또는 텅스텐 옥사이드(WO3) 재질의 것을 사용할 수 있다.
조명수단(130)은 상기 광촉매부재(120)의 광촉매(122)에 빛을 조사하기 위한 것으로, 전환챔버(110)의 내부 상단에 설치된다.
냉각기(140)는 기체 상태로 전환된 메탄올을 냉각하여 액화하기 위한 것으로, 배출파이프(112)에 설치된다.
메탄올 회수탱크(150)는 액화된 메탄올을 저장하기 위한 것으로, 배출파이프(112)에 마련되는 회수구(112a)에 설치된다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)는 유입파이프(111)를 통해 전환챔버(110)로 유입된 배기가스로부터 유레아와 메탄올을 전환한다.
조명수단(130)의 빛이 광촉매부재(120)에 조사되면 광촉매(122)는 빛에너지를 흡수하여 h+(정공)과 e-(전자)로 여기(반도체의 전기가 인가되면 한 쪽으로는 +(정공), 다른 쪽에는 -(전자)로 변화되는 원리)되고, h+(정공)이 발생된 측에는 공기 중의 물과 반응하여 OH*(하이드록실 라디칼)이 생성되고, e-(전자)가 발생된 측에서는 공기중의 산소와 반응하여 O2 *(수퍼 옥사이드)가 생성된다.
도 4는 광촉매 반응과정을 나타낸 그림이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)에서 광촉매부재(120)의 광촉매(122)는 광에너지를 이용하여 촉매로서 기능하는 물질로서, 그 반응 기작을 살펴보면 아래와 같다.
즉, 광촉매(122)는 각 띠 사이에 에너지 간격을 가지는 공유띠와 전도띠를 포함하는데, 광촉매((122)가 이러한 띠간격을 극복할 수 있는 충분한 광에너지를 흡수하게 되면, 공유띠에서 전도띠로 전자가 여기하고, 그에 따라 공유띠에는 전자가 비어있는 상태인 정공이 발생하게 된다.
이렇게 광촉매(122)에 전자와 정공이 생성되면, 그에 따라 수소발생 및 여러 가지 유기물의 산화와 같은 광촉매 반응들을 유발하게 되며, 이산화티탄(TiO2)은 이러한 광촉매 중에서 가장 널리 쓰이는 물질이다.
티타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 산화되어, 피막형태의 이산화티탄(TiO2)이 형성되며, 이산화티탄의 성질은 광촉매로 쓰이기에는 더없이 좋은 조건을 보유하고 있다.
즉 빛을 흡수하여 다른 물질들은 산화시키는 산화력이 매우 크며, 음폐력이 커서 산이나 염기 혹은 수용액 등 거의 모든 용매에 녹지 않는다.
또한 생물학적인 반응을 하지 않아 환경 및 인체에 무해하며, 특히 매우 안정한 물질이다.
다만, 이러한 광촉매로 널리 쓰이는 이산화티탄의 띠간격은 3.0~3.2 eV이므로 이 띠간격을 극복하기 위해서는 388nm보다 짧은 자외선(u.v: ultraviolet wave)영역의 빛이 필요하다.
그러나 태양광선은 대부분 가시광선(visible light) 영역이며 자외선 영역은 5%미만에 불과하다.
따라서 태양에너지를 효과적으로 이용하기 위해서는 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역의 빛을 흡수할 수 있어야 하는데, 이산화티탄은 이러한 가시광선 영역의 빛에 대하여는 반응하지 않는 단점을 가지고 있다.
따라서, 이산화티탄 광촉매가 가시광선 영역의 빛에서 반응하게 할 수 있게 하려는 시도가 이루어지고 있다.
그리고 그러한 시도 중 하나가 양이온이나 음이온을 이산화티탄 격자내에 도핑시켜서 띠간격 사이에 새로운 트랩 사이트(trap site)를 만들어 가시광선 영역의 빛을 흡수할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 전이금속(transition metal)이 이산화티탄 격자내에 치환되는 경우, 가시광선을 흡수할 수 있다는 사실이 알려져 왔고 그에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
등록특허공보 제10-1307647호에는 전이금속 도핑 이산화티탄 광촉매에 관련한 기술이 개시되어 있다.
도 5는 대표적 전이금속인 철(Fe)을 도입하여 자외선에서 반응하던 이산화티탄이 가시광선 하에서도 광촉매 반응을 일으키는 원리를 보여주는 것이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)의 광촉매부재(120)는 중공구체(121)의 외부 표면에 전이금속이 도핑되어 가시광선 영역의 빛을 흡수할 수 있는 이산화티탄의 광촉매(122)가 코팅되어 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)에서 배기가스가 전환챔버(110)를 통과하는 과정에서 유레아가 전환되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 유레아 생성과정을 나타낸 그림이다.
2H2O → O2(g) + 4H(aq.) + 4e- ... [반응식 1]
전환챔버(110)에 충전된 전이금속이 도핑된 이산화티탄 광촉매(122)가 조명수단(130)에서 조사된 빛과 배기가스 중의 H2O(물)와 반응하면 반응식 1과 같이 O2(산소)와 4H* (수소)라디칼, 4e-(정공)을 발생시킨다.
CO2(aq.) + e- → CO2 - (aq.) ... [반응식 2]
또한. 반응식 2와 같이 배기가스 중의 CO2(이산화탄소)는 반응식 1에서 발생된 e-(정공)과 반응하여 CO2 -를 발생한다.
2NO2 + H2O → HNO3 + NO2(g) ... [반응식 3]
또한, 반응식 3과 같이 배기가스 중에 포함되어 배출되는 질소산화물인 2NO2(아질산)는 배기가스 중의 H2O(물)과 반응하여 HNO3(질산)과 NO2(이산화질소)가 생성된다.
2HNO3 + CO2 + H2O → CH4N2O(aq.) + 4O2(g) ... [반응식 4]
또한, 반응식 4와 같이 상기 반응식 3에서 생성된 HNO3(질산)과 배기가스 중의 CO2(이산화탄소), 배기가스 중의 H2O(물)이 반응하면 CH4N2O(유레아)와 4O2(산소)가 생성되는 과정으로 반응된다.
한편, 자동차 배기가스의 온도는 600~900℃ 범위를 갖는데 전환챔버(110)에서 광촉매부재(120)를 지나면 약 60~100℃의 온도가 내려가고, 이 온도범위에서 반응하여 생성된 유레아(CH4N2O)는 액체 상태이므로 전환챔버(110)의 내부 하단부의 유레아 회수공간(U)으로 흘러내려 저장된다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)에서 배기가스가 전환챔버(110)를 통과하는 과정에서 메탄올이 전환되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 7은 메탄올 생성과정을 나타낸 그림이다.
전술한 바와 같이 전환챔버(110)에 충전된 전이금속이 도핑된 이산화티탄 광촉매(122)가 조명수단(130)에서 조사된 빛과 배기가스 중의 H2O(물)와 반응하면 반응식 1과 같이 O2(산소)와 4H* (수소)라디칼, 4e-(정공)을 발생시킨다.
또한. 반응식 2와 같이 배기가스 중의 CO2(이산화탄소)는 반응식 1에서 발생된 e-(정공)과 반응하여 CO2 -를 발생한다.
CO2 + 2H2O → CH3OH + 3/2O2 ... [반응식 5]
또한, 상기 반응식 1에서 생성된 4H* (수소)라디칼과 반응식 2에서 생성된 CO2 -(이산화탄소 정공)이 촉매반응으로 작용되어 CH3OH(메탄올)과 3/2O2(산소)가 생성되는 과정으로 반응된다.
상기 전환챔버(110)의 내부에서 생성된 메탄올은 기체 상태로 존재하며, 배출파이프(112)를 통해 머플러 쪽으로 배출된다.
상기 기체 상태의 메탄올은 배출파이프(112)의 선단에 설치된 냉각기(140)에 의해 냉각되어 액체 상태로 변환되고, 배출파이프(112)의 회수구(112a)에 설치된 메탄올 회수탱크(150)에 저장된다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)의 전환챔버(110) 내부에 조명수단(130)이 설치되어 가시광 하에서 광합성 반응속도가 극대화될 수 있게 된다.
또한, 배기가스 기류의 흐름에 의해 광촉매부재(120)의 회전, 충돌 등이 계속해서 일어나므로 광촉매(122)의 표면 재생이 원활하게 이루어지게 된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 구성도이고, 도 9는 동 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 전환챔버의 횡단면도이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)는 배기가스의 공급 압력을 통해 전환챔버(110)의 내부에 충전되는 광촉매부재(120)를 순환시켜 전환효율을 높일 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)는 전환챔버(110)의 일측에 엔진 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 유입파이프(111)가 마련되고, 전환챔버(110)의 상단에 머플러 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 배출파이프(112)가 마련된다.
또한, 전환챔버(110)의 하단 중앙과 유입파이프(111)의 사이에는 전환챔버(110)로부터 배출된 광촉매부재(120)를 다시 전환챔버(110)의 내부로 공급할 수 있도록 하는 순환파이프(115)가 마련된다.
도 10 및 도 11은 동 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치의 순환파이프와 유입파이프 연결부위의 종단면도이다.
도 10과 같이 유입파이프(111)의 하단에 순환파이프(115)를 연결하여도 배기가스의 공급 압력이 강하기 때문에 순환파이프(115)로부터 토출되는 광촉매부재(120)를 전환챔버(110)의 내부로 재진입시키는 데에는 무리가 없다.
그러나 도 11과 같이 유입파이프(111)의 순환파이프(115)와 연결부위 전방에 소직경부(111a)를 마련하게 되면 전환챔버(110)로 진입하는 배기가스의 압력을 높일 수 있게 되어 광촉매부재(120)를 보다 원활하게 순환시킬 수 있게 된다.
또한, 전환챔버(110)의 내부에는 외곽쪽에서 중심쪽으로 광촉매부재(120)를 유도할 수 있도록 하는 유도격판(116)이 설치된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)에서 배출파이프(112)의 선단, 그리고 전환챔버(110)의 내부 하부에는 광촉매(120)의 이탈을 방지하는 스크린(113)이 설치된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)는 전술한 실시 예와 마찬가지로 전환챔버(110)의 내부 하단부에 유레아 회수공간(U)이 마련되고, 유레아 회수공간(U)의 하단에 유레아 인출구(114)가 마련된다.
또한, 광촉매부재(120)의 광촉매(122)에 빛을 조사하기 위한 조명수단(130)이 전환챔버(110)의 내부 상단에 설치되고, 기체 상태로 전환된 메탄올을 냉각하여 액화하기 위한 냉각기(140)가 배출파이프(112)에 설치된다.
또한, 액화된 메탄올을 저장하기 위한 메탄올 회수탱크(150)가 배출파이프(112)에 마련되는 회수구(112a)에 설치된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)에서 전환챔버(110)의 내부에 충전되는 광촉매부재(120)는 유입파이프(111)를 통해 공급되는 배기가스의 유입 압력 및 유도격판(116)을 통해 외곽쪽에 내측으로 이동하고, 순환파이프(115)를 통해 다시 유입파이프(111)로 토출되어 전환챔버(110)의 외곽쪽으로 공급되는 형태로 순환된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)와 같이 광촉매부재(120)를 순환시키게 되면 광촉매부재(120)가 활성화되므로 조명수단(130)의 빛과 광촉매(122)의 작용으로 배기가스로부터 전환되는 유레아 및 메탄올을 전환효율을 높일 수 있게 된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치(100)에서 유레아 및 메탄올이 전환되는 작용은 전술한 실시 예와 동일하다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
100 : 유레아 및 메탄올로의 전환장치
110 ; 전환챔버
120 : 광촉매부재
122 : 광촉매
130 : 조명수단
140 : 냉각기
150 : 메탄올 회수탱크

Claims (14)

  1. 자동차의 엔진 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 유입파이프(111)와 머플러 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 배출파이프(112)를 가지는 함형의 전환챔버(110);
    전환챔버(110)에 충전되는 다수의 광촉매부재(120);
    전환챔버(110)의 내부에 설치되어 상기 광촉매부재(120)에 빛을 조사하는 조명수단(130);
    상기 전환챔버(110)의 배출파이프(112)에 설치되어 기체 상태로 전환된 메탄올을 냉각하여 액화하는 냉각기(140);
    상기 배출파이프(112)에 설치되어 메탄올을 회수하는 메탄올 회수탱크(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전환챔버(110)의 일측에 엔진 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 유입파이프(111)가 마련되고, 전환챔버(110)의 타측에 머플러 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 배출파이프(112)가 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입파이프(111) 후단, 배출파이프(112)의 선단, 그리고 전환챔버(110)의 내부 하부에 광촉매(120)의 이탈을 방지하는 스크린(113)이 설치되고,
    전환챔버(110)의 내부 하단부에 유레아 회수공간(U)이 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유레아 회수공간(U)의 하단에 유레아 인출구(114)가 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    광촉매부재(120)는
    중공구체(121);
    중공구체(121)의 외부 표면에 코팅되는 전이금속이 도핑된 이산화티탄(TiO2) 광촉매(122);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광촉매부재(120)의 중공구체(121)는 합성수지 재질인 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광촉매부재(120)의 중공구체(121)는 텅스텐 옥사이드(WO3) 재질인 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메탄올 회수탱크(150)는 배출파이프(112)에 마련되는 회수구(112a)에 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    전환챔버(110)의 일측에 엔진 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 유입파이프(111)가 마련되고,
    전환챔버(110)의 상단에 머플러 쪽 배기파이프(200)와 접속되는 배출파이프(112)가 마련되며,
    전환챔버(110)의 하단 중앙과 유입파이프(111)의 사이에 전환챔버(110)로부터 배출된 광촉매부재(120)를 다시 전환챔버(110)의 내부로 공급할 수 있도록 하는 순환파이프(115)가 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유입파이프(111)의 순환파이프(115)와 연결부위 전방에 소직경부(111a)가 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전환챔버(110)의 내부에 외곽쪽에서 중심쪽으로 광촉매부재(120)를 유도할 수 있도록 하는 유도격판(116)이 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  12. 제9항에 있어서,
    배출파이프(112)의 선단과 전환챔버(110)의 내부 하부에 광촉매(120)의 이탈을 방지하는 스크린(113)이 설치되고,
    전환챔버(110)의 내부 하단부에 유레아 회수공간(U)이 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유레아 회수공간(U)의 하단에 유레아 인출구(114)가 마련된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 메탄올 회수탱크(150)는 배출파이프(112)에 마련되는 회수구(112a)에 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 질소산화물의 광합성반응에 의한 유레아 및 메탄올로의 전환장치.
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