KR101767159B1 - 공기 청정 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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    • A61L9/015Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using gaseous or vaporous substances, e.g. ozone

Abstract

본 발명의 목적은 재생 후 산화 촉매의 성능 저하를 방지하는 공기 청정 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치는, 산화 반응 속도가 상이한 복수의 성분을 포함하는 처리 기체를 유통시키는 관체, 상기 관체에 구비되어 처리 기체를 유통시키는 제1산화 촉매, 상기 제1산화 촉매의 전방에 구비되어 오존을 분사하는 제1오존 분사 노즐, 상기 제1산화 촉매의 후방에서 상기 관체에 구비되어 처리 기체를 유통시키는 제2산화 촉매, 및 상기 제2산화 촉매의 전방에 구비되어 오존을 분사하는 제2오존 분사 노즐을 포함한다.

Description

공기 청정 장치 및 그 구동 방법{AIR CLEANING DEVICE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 산업 현장에서 발생되는 오염물질, 특히 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 제거하는 공기 청정 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 산업 현장에서 발생되는 오염물질을 제거하는데 산화 촉매가 사용된다. 오존은 산화력이 뛰어난 산화제이므로 산화 촉매와 함께 사용되어 일반적인 산화 촉매의 작동 온도보다 낮은 온도에서도 높은 산화 전환률을 얻을 수 있다. 일반적으로 산화 촉매들에 오존을 1단으로 공급하여 승온의 방법으로 오염물질을 제거한다.
그러나, 오염물질이 복수의 성분으로 구성되어 있고 각 성분이 오존에 의해 촉매 상에서 산화되는 산화 반응 속도가 달라서 같은 반응 시간 범위(scale) 내에 복수 성분의 물질이 동시에 산화되지 않을 경우, 늦은 반응 시간 범위(scale)를 가지는 오염물질을 산화시키기 위해 과량의 오존을 공급해야만 한다.
이 경우 과량의 오존에 의해 초기에 복수의 성분의 오염물질을 산화시킬 수는 있지만, 촉매가 백금과 같은 귀금속일 경우, 과량 공급된 오존에 의해 촉매가 피독된다.
또한 오존을 1회 공급하여 1단으로 복수의 산화 촉매들에서 오염물질을 제거하는 경우, 산화 촉매들에서 비활성화가 발생된다. 이 경우, 산화 촉매들을 재생하더라도 오존의 과공급으로 인하여 재생 후 산화 촉매의 성능이 점점 저하된다.
본 발명의 목적은 산화 반응 과정에서 발생하는 산화 촉매의 성능 저하를 방지하는 공기 청정 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 상기 공기 청정 장치의 산화 촉매를 구동하는 공기 청정 장치의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치는, 산화 반응 속도가 상이한 복수의 성분을 포함하는 처리 기체를 유통시키는 관체, 상기 관체에 구비되어 처리 기체를 유통시키는 제1산화 촉매, 상기 제1산화 촉매의 전방에 구비되어 오존을 분사하는 제1오존 분사 노즐, 상기 제1산화 촉매의 후방에서 상기 관체에 구비되어 처리 기체를 유통시키는 제2산화 촉매, 및 상기 제2산화 촉매의 전방에 구비되어 오존을 분사하는 제2오존 분사 노즐을 포함한다.
상기 제1오존 분사 노즐은 처리 기체에 포함된 제1성분을 우선적으로 산화시키도록 상기 제1산화 촉매에 제1성분을 산화시키는 제1이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사할 수 있다.
상기 제2오존 분사 노즐은 처리 기체에 포함된 제2성분을 산화시키도록 상기 제2산화 촉매에 제2성분을 산화시키는 제2이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치는 상기 제2산화 촉매의 후방에서 상기 관체에 구비되는 오존 분해 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 오존 분해 촉매는 망간계 또는 활성탄으로 형성되어, 상기 제1산화 촉매 및 상기 제2산화 촉매에서 반응하지 않고 남은 오존을 분해할 수 있다.
상기 처리 기체는 제1성분의 탄화수소(HC)와 제2성분의 일산화탄소(CO)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치는, 산화 반응 속도가 상이한 복수의 성분을 포함하는 처리 기체를 유통시키는 관체, 상기 관체에 순차적으로 구비되어 처리 기체를 유통시키는 복수의 산화 촉매들, 및 복수의 산화 촉매들 각각의 전방에 구비되어 오존을 분사하는 복수의 오존 분사 노즐을 포함한다.
상기 복수의 오존 분사 노즐들은 처리 기체에 포함된 복수의 성분들을 각각 산화시키도록 상기 복수의 산화 촉매들에서 산화 반응 시간 범위(scale)에 따라 각 성분을 산화시키도록 각각의 이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구동 방법은, 제1오존 분사 노즐로 제1산화 촉매의 전방에 오존을 분사하는 제1단계, 분사된 오존과 상기 제1산화 촉매로 산화 반응 속도가 상이한 복수의 성분을 포함하는 처리 기체에 포함된 제1성분을 산화시키는 제2단계, 제2오존 분사 노즐로 제2산화 촉매의 전방에 오존을 분사하는 제3단계, 및 분사된 오존과 상기 제2산화 촉매로 처리 기체에 포함된 제2성분을 산화시키는 제4단계을 포함한다.
상기 제1단계는 제1성분을 산화시키도록 상기 제1산화 촉매에 제1성분을 우선적으로 산화시키는 제1이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사할 수 있다.
상기 제3단계는 제2성분을 산화시키도록 상기 제2산화 촉매에 제2성분을 산화시키는 제2이론산화당량비(stoichiometry)으로 오존을 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구동 방법은 상기 제1산화 촉매와 상기 제2산화 촉매에서 반응하지 않고 남은 오존을 분해하는 제5단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화 반응 속도가 상이한 복수의 성분을 포함하는 처리 기체에 포함된 제1, 제2성분을 각각 산화시키는 제1, 제2산화 촉매에 제1, 제2오존 분사 노즐로 오존을 각각 분사하므로 오존의 과공급을 방지하여 제1, 제2산화 촉매의 재생 후 산화 촉매의 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 제1, 제2오존 분사 노즐은 제1, 제2성분을 산화시키는 제1, 제2이론산화당량비로 오존을 단계적으로 분사하므로 제1, 제2산화 촉매에서 제1, 제2성분을 단계적으로 산화시키며, 이때 오존의 과공급을 방지할 수 있다.
제1, 제2산화 촉매에 제1, 제2오존 분사 노즐로 제1, 제2이론산화당량비의 오존을 분사하여 산화 촉매와 오존으로 처리 기체에 포함된 제1, 제2성분을 산화 반응 시간 범위(scale)에 따라 단계적으로 산화 제거하므로 제1, 제2산화 촉매를 재생하는 경우에도 제1, 제2산화 촉매에서 촉매의 재생 전후에 균일한 촉매 성능을 유지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구동 방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 공기 청정 장치는 오염물질을 포함한 처리 기체를 유통시키는 관체(1), 관체(1) 내에 서로 이격 설치되는 제1산화 촉매(11)와 제2산화 촉매(12) 및 오존을 분사하는 제1오존 분사 노즐(21)과 제2오존 분사 노즐(22)을 포함한다.
관체(1)는 산화 반응 속도가 상이한 복수의 성분들의 오염물질을 포함하는 처리 기체를 유통시킨다. 처리 기체는 복수의 성분들을 포함하지만 편의상 본 실시예에서는 2가지 성분을 포함하는 것으로 예시한다. 일례로써, 처리 기체에서 제1성분은 탄화수소(HC)이고, 제2성분은 일산화탄소(CO)이다.
또한 본 실시예는 처리 기체의 제1, 제2성분을 단계적으로 처리하기 위하여, 제1, 제2산화 촉매(11, 12)를 단계적으로 구비하고, 또한 제1, 제2오존 분사 노즐(21, 22)을 단계적으로 구비한다.
도시하지 않았으나 처리 기체에 포함된 더 많은 종류의 성분들을 단계적으로 처리하기 위하여, 처리 대상 물질들의 산화 반응 시간 범위(scale)에 따라 산화 촉매와 오존 분사 노즐을 3개, 4개 또는 더 많은 개수의 단계로 각각 구비할 수도 있다.
관체(1) 내에서 처리 기체의 흐름 방향에 따라, 제1산화 촉매(11)는 전방에 배치되고, 제2산화 촉매(12)는 후방에 배치된다. 제1산화 촉매(11)는 귀금속계 산화 촉매로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1이론산화당량비 이상으로 공급되는 오존은 제1산화 촉매(11)를 피독시킬 수 있다. 즉 제1이론산화당량비의 오존은 산화 반응을 통해 대부분 소진되어 제1산화 촉매(11)를 피독시키지 않는다.
또한 귀금속의 종류에 따라 제1산화 촉매(11)의 산화 온도를 100도씨 이하까지 낮출 수 있다. 오존에 의한 제1성분의 산화는 제1산화 촉매(11)에만 의존하는 제1성분 산화의 경우보다 산화 반응 온도를 더 낮출 수 있다. 제1산화 촉매(11)는 백금과 같은 귀금속계 촉매일 수 있다.
제2산화 촉매(12)는 귀금속계 및 비귀금속계 산화 촉매로 형성될 수 있다. 귀금속계 촉매 사용시, 높은 공간 속도를 얻을 수 있다. 이 경우, 제2이론산화당량비 이상으로 공급되는 오존은 제2산화 촉매(12)의 비활성하를 촉진시킬 수 있다. 즉 제2이론산화당량비의 오존은 제2산화 촉매(12)의 비활성화를 촉진시키지 않는다. 제2산화 촉매(12)는 백금(Pt), 팔라듐(Pd)과 같은 귀금속이나, 산화망간계 및 구리(Cu)와 같은 비귀금속계 촉매일 수 있다.
제1오존 분사 노즐(21)은 제1산화 촉매(11)의 전방에서 관체(1)에 설치되어 제1산화 촉매(11) 전방의 처리 기체에 오존을 분사한다. 제1이론산화당량비로 분사된 오존과 제1산화 촉매(11)는 처리 기체에 포함된 제1성분인 HC를 주로 산화시킨다.
제2오존 분사 노즐(22)은 제2산화 촉매(12)의 전방에서 관체(1)에 설치되어 제2산화 촉매(12) 전방의 처리 기체에 오존을 분사한다. 제2이론산화당량비로 분사된 오존과 제2산화 촉매(12)는 처리 기체에 포함된 제2성분인 CO를 주로 산화시킨다.
예를 들면, 산화 반응 시간 범위(scale)가 다른 복수의 오염물질은 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)일 수 있다. 이 경우, 제1오존 분사 노들(21)에서 분사된 제1이론산화당량비의 오존과 제1산화 촉매(11)는 처리 기체에 포함된 탄화수소(HC)를 산화시킨다. 그리고 제2오존 분사 노들(22)에서 분사된 제2이론산화당량비의 오존과 제2산화 촉매(12)는 처리 기체에 포함된 일산화탄소(CO)를 산화시킨다.
이를 위하여, 제1오존 분사 노즐(21)은 처리 기체에 포함된 제1성분(HC)을 산화시키도록 제1산화 촉매(11)에 제1성분을 산화시키는 제1이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사한다. 따라서 분사된 오존은 제1산화 촉매(11)와 함께 제1성분(HC)을 산화시키고 소진되어 제1산화 촉매(11)를 피독시키지 않는다.
즉 제1산화 촉매(11)의 후방에 잔류 오존이 없거나 그 양이 최소로 될 수 있다. 예를 들면, H6C6를 산화시키기 위한 제1이론산화당량비의 오존은 5O3이다.
C6H6 + 5O3 → 6CO2 + 3H2O
제2오존 분사 노즐(22)은 처리 기체에 포함된 제2성분(CO)을 산화시키도록 제2산화 촉매(12)에 제2성분을 산화시키는 제2이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사한다. 따라서 분사된 오존은 제2산화 촉매(12)와 함께 제2성분(CO)을 산화시키고 제2산화 촉매(12)의 비활성화를 촉진시키지 않는다.
즉 제2산화 촉매(12)의 후방에 잔류 오존이 없거나 그 양이 최소로 될 수 있다. 예를 들면, CO를 산화시키기 위한 제2이론산화당량비는 1/3 O3이다.
또한 제1산화 촉매(11)의 후방에 잔류하는 오존은 제2산화 촉매(12)에서 제2성분을 더 산화시킬 수도 있다. 이를 감안하면, 제2오존 분사 노즐(22)에서 오존의 분사량이 더 줄어들 수도 있다.
또한 일 실시예의 공기 청정 장치는 제2산화 촉매(12)의 후방에서 관체(1)에 구비되는 오존 분해 촉매(31)를 더 포함할 수 있다. 오존 분해 촉매(31)는 제1, 제2오존 분사 노즐(21, 22)이 제1, 제2이론산화당량비로 오존을 분사하는 경우에도 제1, 제2산화 촉매(11, 12)에서 반응에 참여하지 못하고 잔류하는 오존을 분해 제거한다. 예를 들면, 오존 분해 촉매(31)는 망간계 또는 활성탄으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 청정 장치의 구동 방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 공기 청정 장치의 구동 방법은 제1단계(ST1) 내지 제4단계(ST4)를 포함하며, 제5단계(ST5)를 더 포함할 수 있다.
제1단계(ST1)는 제1오존 분사 노즐(21)로 제1산화 촉매(11)의 전방에 오존을 분사한다. 제1단계(ST1)는 제1성분을 산화시키도록 제1산화 촉매(11)에 제1성분을 산화시키는 제1이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사한다.
본 실시예에서 제1단계(ST1)는 HC를 제거하도록 탄화수소를 산화시키는 제1이론산화당량비로 오존을 분사한다. 분사된 제1이론산화당량비의 오존은 제1산화 촉매(11)와 함께 처리 기체에 포함된 HC를 주로 산화시키고, 촉매량에 따른 반응 공간 속도 값 조건에 의해 다른 성분의 산화는 매우 약하게 일어난다.
제2단계(ST2)는 제1이론산화당량비로 분사된 오존과 제1산화 촉매(11)로 처리 기체에 포함된 제1성분인 HC를 산화시킨다. 즉 처리 기체에 포함된 HC가 우선적으로 산화 제거된다. 분사된 오존은 제1산화 촉매(11)와 함께 제1성분(HC)을 산화시키고 제1산화 촉매(11)를 피독시키지 않는다.
제3단계(ST3)는 CO를 제거하도록 CO를 산화시키는 제2이론산화당량비로 오존을 분사한다. 분사된 제2이론산화당량비의 오존은 제2산하 촉매(12)와 함께 처리 기체에 포함된 CO를 산화시키고, 다른 성분의 산화에 반응하지 않는다.
제4단계(ST4)는 제2이론산화당량비로 분사된 오존과 제2산화 촉매(12)로 처리 기체에 포함된 제2성분인 CO를 산화시킨다. 즉 처리 기체에 포함된 CO가 우선적으로 산화 제거된다. 분사된 오존은 제2산화 촉매(12)와 함께 제2성분(CO)을 산화시키고 제2산화 촉매(12)의 비활성화를 촉진시키지 않는다.
제1, 제2분사 오존 노즐(21, 22)이 제1, 제2산화 촉매(11, 12)에 제1, 제2이론산화당량비로 오존을 분사하므로, 제1, 제2산화 촉매(11, 12)에서 제1, 제2성분인 HC와 CO가 단계적으로 산화 제거될 수 있다.
즉 제1, 제2오존 분사 노즐(21, 22)이 각 성분의 산화에 필요한 제1, 제2이론산화당량비로 오존을 분사하므로, 제1, 제2산화 촉매(11, 12)에 오존의 과분사가 방지될 수 있다. 이로 인하여, 제1, 제2산화 촉매(11, 12)를 재생하는 경우에도, 제1, 제2산화 촉매(11, 12)의 성능 저하가 방지될 수 있다.
한편, 제5단계(ST5)는 제1, 제2산화 촉매(11, 12)에서 반응하지 않고 남은 오존을 추가로 분해한다. 즉 제1, 제2이론산화당량비로 제1, 제2산화 촉매(11, 12)에 오존을 분사하는 경우에도 상항에 따라 미반응 오존이 일부 존재할 수 있고, 처리대상의 이론산화당량비보다 과공급된 경우에도 미반응 오존이 배출될 수 있는데, 제5단계(ST5)는 이러한 일부 잔류하는 오존을 더 분해할 수 있다. 따라서 오존이 포함된 처리 기체가 최종적으로 관체(1) 밖으로 배출되는 것이 방지될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 관체
11, 12: 제1, 제2산화 촉매
21, 22: 제1, 제2오존 분사 노즐
31: 오존 분해 촉매

Claims (12)

  1. 산화 반응 속도가 상이한 제1성분의 탄화수소(HC)와 제2성분의 일산화탄소(CO)를 포함하는 처리 기체를 유통시키는 관체;
    상기 관체에 구비되어 처리 기체를 유통시키며 오존에 의하여 피독되는 제1산화 촉매;
    상기 제1산화 촉매의 전방에 구비되어 제1성분을 우선적으로 산화시키도록 상기 제1산화 촉매에 제1성분을 산화시키는 제1이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사하는 제1오존 분사 노즐;
    상기 제1산화 촉매의 후방에서 상기 관체에 구비되어 처리 기체를 유통시키며 오존에 의하여 피독되는 제2산화 촉매;
    상기 제2산화 촉매의 전방에 구비되어 제2성분을 산화시키도록 상기 제2산화 촉매에 제2성분을 산화시키는 제2이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사하는 제2오존 분사 노즐; 및
    상기 제2산화 촉매의 후방에서 상기 관체에 구비되는 오존 분해 촉매
    를 포함하는 공기 청정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오존 분해 촉매는
    망간계 또는 활성탄으로 형성되어,
    상기 제1산화 촉매 및 상기 제2산화 촉매에서 반응하지 않고 남은 오존을 분해하는 공기 청정 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1오존 분사 노즐로 오존에 의하여 피독되는 제1산화 촉매의 전방에 산화 반응 속도가 상이한 제1성분의 탄화수소(HC)과 제2성분의 일산화탄소(CO)를 포함하는 처리 기체에 포함된 제1성분을 우선적으로 산화시키도록 상기 제1산화 촉매에 제1성분을 산화시키는 제1이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사하는 제1단계;
    제1이론산화당량비로 분사된 오존과 상기 제1산화 촉매로 제1성분을 산화시키는 제2단계;
    제2오존 분사 노즐로 오존에 의하여 피독되는 제2산화 촉매의 전방에 제2성분을 산화시키도록 상기 제2산화 촉매에 제2성분을 산화시키는 제2이론산화당량비(stoichiometry)로 오존을 분사하는 제3단계;
    제2이론산화당량비로 분사된 오존과 상기 제2산화 촉매로 제2성분을 산화시키는 제4단계; 및
    상기 제1산화 촉매와 상기 제2산화 촉매에서 반응하지 않고 남은 오존을 분해하는 제5단계
    를 포함하는 공기 청정 장치의 구동 방법.

  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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