KR102150213B1 - 촉매 일체형 집진기 - Google Patents

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Abstract

배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기는, 분진유입구와 공기배출구가 형성된 집진케이스; 상기 집진케이스의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터; 상기 백필터 상부에 위치하고, 상기 백필터를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고, 상기 촉매는, 측면 일측에서 타측 방향으로 수정 길이의 격벽이 형성되고, 하부의 일측에 유입부가 형성되고, 상부의 일측에 유출부가 형성되며, 상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 상기 격벽의 유도에 따라 타측 방향으로 갔다가 다시 유출부 방향으로 유출되는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 설치공간이 협소하여 탈질설비를 구비하기 어려운 사업장에 설치가능하며, 백필터 상부에 촉매를 설치하여 탈질을 할 수 있다.

Description

촉매 일체형 집진기 {Catalyst Integrated Dust Collector}
본 발명은 촉매 일체형 집진기에 관한 것으로서, 특히 설치공간이 협소하여 탈질설비를 구비하기 어려운 사업장에 설치가능하며, 백필터 상부에 촉매를 설치하여 탈질을 하는 촉매 일체형 집진기에 관한 것이다.
일반적으로 공장이나 자동차의 배기가스에는 자연환경을 훼손시키는 유해물질들이 다량 포함되어 있다. 특히, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOX) 및 황산화물(SOX )은 인체의 호흡기에 직접적인 피해를 주기도 하지만 대기오염의 일종인 산성비의 주 요인으로 인식되고 있다.
따라서 배기가스에 대한 규제가 국제적으로 행해지고 있으며, 에너지 효율의 증대와 환경오염의 방지의 측면에서 점차 엄격하게 요구되고 있다.
결과적으로 화력발전소, 소각로 그리고 각종 산업공정등의 오염발생원으로부터 발생되는 공해물질을 효과적이고, 경제적으로 처리하는 기술이 더욱 필요하다. 상기 오염발생원에서 배출되는 공해물질은 주로 먼지, 황산화물, 질소산화물, 염화물 그리고 중금속 등으로 분류된다.
배기가스처리의 전체공정을 간단하게 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 배기가스처리공정은 보일러로부터 배출되는 배기가스를 집진기를 이용하여 먼지를 제거하는 공정을 거친후, 적절한 반응온도를 제공해주는 공정을 거치게 된다. 상기 공정을 거친 후에는 황산화물을 제거하는 공정과 질소산화물을 제거하는 공정을 거치게 된다. 그리고 굴뚝을 통하여 외부 대기로 깨끗한 공기가 배출된다. 물론 배기가스를 처리하는 전체공정의 순서는 산업체별로 차이가 있으며, 먼지를 제거하기 위한 집진기는 전기 집진기나 여과 집진기를 모두 사용해도 되지만 하나만을 선택해도 무관하다.
상기 과정중 질소 산화물을 제거하기 위해 탈질설비를 사용하게 된다.
상기 탈질설비는 마찬가지로 배기가스 중 질소산화물을 제거하기 위하여 별도로 설치되며, 일반적으로 질소산화물을 제거하는 방법으로는 선택적 촉매환원법과 선택적 비촉매 환원법 등이 있다.
상기 선택적 촉매환원법은 환원제인 암모니아 등을 배기가스속으로 분사하고 환원제가 분사된 배기가스를 촉매에 접촉시킴으로써 배기가스속의 질소산화물을 질소와 수증기로 분해하는 방법이다.
상기 선택적 촉매환원법을 통하여 질소산화물을 제거하는 방법을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
귀금속 물질은 백금, 팔라듐, 로듐 등이다. 전이 금속은 바나듐, 철, 코발트, 구리 등이다. 상기 촉매 물질은 백금, 팔라듐, 로듐, 바나듐, 철, 코발트, 구리 중 적어도 하나에 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 중 적어도 하나를 반응시켜 제조한다.
그리고, 상기 촉매를 내구성이 강한 벌집(Honeycomb)형 코디에라이트(Cordierite) 등의 기질에 결합시켜 반응탑에 여러 단으로 적재시킨다. 이 후에 환원제인 암모니아 또는 암모니아수를 고온으로 가열된 촉매에 분사하여 질소산화물을 환원시켜 수증기와 질소가스로 바꾸게 된다.
이때, 반응 메커니즘은 다음과 같다.
4 NO + O2 + 4NH3 -> 4N2 + 6H20
도 1과 같은 구조의 촉매에 배기가스가 유입되면 촉매내에서 도 2와 같이 반응하여 상기 반응식과 같이 질소 가스와 물로 환원 반응이 일어나 질소산화물이 제거 된다.
상기 선택적 촉매환원법은 배기가스중의 질소산화물을 우선적으로 환원한다는 뜻에서 선택적 촉매환원법이라한다.
한편, 미세먼지 및 대기오염의 주범인 질소산화물(Nox)이 사회 이슈화가 되고 있으며, 정부는 2020년부터 질소산화물의 배출 기준을 크게 강화하겠다고 발표했다. 참고로 정부발표 이전에는 질소산화물의 배출농도 규제가 느슨하였다.
이에, 국내 사업장들은 강화된 배출 기준을 준수하기 위하여 여러가지 기술을 검토 하고 있는 중이며, 여기에는 다음과 같은 문제점이 있다.
현재까지 가장 많이 적용되고 있는 "HONEY-COMB 타입의 촉매를 이용한 SCR"을 적용하려 하였으나, 설비 특성상 승온이 필요하므로 불필요한 추가 에너지 원가가 부담이고, 설치 공간이 부족한 문제가 있다.
이와 같이 종래에는 연소과정에서 연소공기 중의 질소와 고형연료 중에 함유된 질소가 산화되어 질소 산화물이 생성되는데(주로 일산화질소 (NO)와 이산화질소(NO2)로 구성되어 있다.) SNCR에서 1차 저감된 질소 산화물은 탈질설비(SCR)의 촉매에 의해 배출기준치 이하로 환원되어 배출된다. 여기서, 환원제는 암모니아수(NH3)와 요소수(CO(NH2)2)를 사용한다.
그런데, 종래에는 온도가 너무 높으면 산화반응은 질소산화물 (NOx)를 재생성하는 문제가 있다.
또한, 온도가 너무 낮거나 암모니아와 질소산화물 사이의 반응에서 체류시간이 부족하면, 질소산화물 저감 효율은 감소하고, 미처리된 암모니아 배출량이 증가 할 수 있다(암모니아 slip, 약품 과잉).
이와 같이 탈질 성능에 영향을 미치는 주요 인자에는, 배기가스와 반응제와의 적절한 혼합, 온도, 체류 시간 등이 있다.
상기의 단점을 보완하기 위하여, 최근 외국산인 PELLET TYPE의 촉매를 적용하고 있으며, 이 TYPE의 특징은, 저온( 150℃)에서도 탈질 효율을 발휘하므로 추가 에너지 원가 부담이 없다. 또한, HONEY COMB TYPE에 비해 필요로 하는 설치 공간이 컴펙트하다.
또 다른 한편, 일부 사업장의 경우 설치공간이 협소하여 탈질 설비의 설치가 어려운 경우가 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 집진기의 구조상 상부에는 도어가 있고, 백필터와 도어 사이에 일정한 공간이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 설치공간이 협소하여 탈질설비를 구비하기 어려운 사업장에 설치가능하며, 백필터 상부에 촉매를 설치하여 탈질을 하는 촉매 일체형 집진기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 배기가스가 촉매로 유입된 후 머무는 시간을 지연시켜 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높이는 촉매 일체형 집진기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배기가스가 촉매의 유입부로 유입된 후 격벽의 유도에 따라 아래방향으로 내려갔다가 다시 올라오면서 유출부를 통해 나가면서 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높이는 촉매 일체형 집진기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배기가스가 촉매의 유입부로 유입된 후 에스자를 그리면서 유출부를 통해 나가면서 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높이는 촉매 일체형 집진기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 촉매 일체형 집진기는,
배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기로서,
분진유입구와 공기배출구가 형성된 집진케이스;
상기 집진케이스의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터;
상기 백필터 상부에 위치하고, 상기 백필터를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고,
상기 촉매는,
하부의 일측에 유입부가 형성되고, 상부의 타측에 유출부가 형성되며,
상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 에스자형의 곡선형태로 이동하면서 상기 유출부로 빠져나가는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 촉매 일체형 집진기는,
배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기로서,
분진유입구와 공기배출구가 형성된 집진케이스;
상기 집진케이스의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터;
상기 백필터 상부에 위치하고, 상기 백필터를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고,
상기 촉매는,
측면 일측에서 타측 방향으로 수정 길이의 격벽이 형성되고,
하부의 일측에 유입부가 형성되고, 상부의 일측에 유출부가 형성되며,
상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 상기 격벽의 유도에 따라 타측 방향으로 갔다가 다시 유출부 방향으로 유출되는 것을 특징으로 한다.
압축가스를 저장하고, 밸브를 개페하여 압축가스를 공급하는 압축가스탱크;
상기 압축가스를 분사하여 상기 백필터에 달라붙은 분진을 제거하는 인젝터;
상기 압축기스탱크의 압축가스를 상기 인젝터로 공급하는 압축가스라인을 더 포함한다.
상기 집진케이스 상부에는 도어 또는 이중 도어가 형성된 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 설치공간이 협소하여 탈질설비를 구비하기 어려운 사업장에 설치가능하며, 백필터 상부에 촉매를 설치하여 탈질을 하는 촉매 일체형 집진기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스가 촉매로 유입된 후 머무는 시간을 지연시켜 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높이는 촉매 일체형 집진기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스가 촉매의 유입부로 유입된 후 격벽의 유도에 따라 아래방향으로 내려갔다가 다시 올라오면서 유출부를 통해 나가면서 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높이는 촉매 일체형 집진기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스가 촉매의 유입부로 유입된 후 에스자를 그리면서 유출부를 통해 나가면서 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높이는 촉매 일체형 집진기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 백필터의 전단과 후단의 차압을 감지하여 기준차압 이상인 경우 촉매의 기능이 원활하지 못한 것으로 판단하여 촉매에 압축가스를 분사하여 탈진을 하도록 하는 촉매 일체형 집진기를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 저온 촉매의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 탈질 작용의 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 집진기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기에 적용되는 하이브리드 인젝터의 정면을 나타낸 도면이다.
도 7은 하이브리드 인젝터의 측면을 나타낸 도면이다.
도 8은 하이브리드 인젝터의 평면을 나타낸 도면이다.
도 9는 하이브리드 인젝터를 분리한 정면을 나타낸 도면이다.
도 10은 하이브리드 인젝터를 분리하여 상부 덮개의 안쪽을 보인 도면이다.
도 11은 하이브리드 인젝터의 유볼트를 나타낸 도면이다.
도 12는 하이브리드 인젝터의 압축가스라인을 나타낸 도면이다.
도 13은 하이브리드 인젝터에서 압축가스 및 흡입 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 인젝터의 상부 덮개에서 회오리 바람이 형성되는 상태를 개략적으로 보인 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기는,
배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기로서,
분진유입구(710)와 공기배출구(720)가 형성된 집진케이스(700);
상기 집진케이스(700)의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터(400);
상기 백필터(400) 상부에 위치하고, 상기 백필터(400)를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매(500)를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고,
상기 촉매(500)는,
하부의 일측에 유입부가 형성되고, 상부의 타측에 유출부가 형성되며,
상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 에스자형의 곡선형태로 이동하면서 상기 유출부로 빠져나가는 것을 특징으로 한다.
촉매(500)는 집진케이스(700)와 밀결합하여 백필터(400)를 통과한 배기가스가 촉매(500)를 통해서만 공기배출구(720)로 나가도록 한다.
촉매(500)는 기존의 촉매(500)가 눕혀진 형상으로 설치하여 공간을 적게 차지하도록 하는 것이 바람직하다.
촉매(500)는 우측 하부의 제1 격벽(531)과 좌측 상부의 제2 격벽(532)이 배기가스가 좌측 하부를 통해 유입된후 우측상부로 에스자형의 곡선형태로 이동하도록 하여 질소산화물이 촉매(500)에서의 체류시간을 극대화 한다.
그리고,
압축가스를 저장하고, 밸브를 개페하여 압축가스를 공급하는 압축가스탱크(800);
상기 압축가스를 분사하여 상기 백필터(400)에 달라붙은 분진을 제거하는 인젝터(200);
상기 압축기스탱크의 압축가스를 상기 인젝터(200)로 공급하는 압축가스라인을 더 포함한다.
상기 집진케이스(700) 상부에는 도어(600)가 형성된 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기의 동작은 다음과 같다.
먼저 분진유입구(710)로 연소장치 등에서 출력되는 배기가스가 유입된다. 이때, 배기가스에는 환원제인 암모니아 또는 암모니아수가 잔류되어 있다. 즉, 발전소등의 연소장치에서 연소시에 분사한 암모니아 또는 암모니아수가 잔류되어 있다.
그리고나서, 배기가스는 백필터(400)를 통과하면서 분진이 제거되고, 촉매 (500)로 유입된다.
이때, 촉매(500)는 측면이 막혀 있는 상태에서 배기가스가 좌측 하단 유입부(510)를 통해 유입된후 우측 상부로 에스자형의 곡선형태로 이동하면서 상기 유출부(520)로 빠져나간다.
여기서, 우측 하부의 제1 격벽(531)과 좌측 상부의 제2 격벽(532)이 배기가스가 도 4의 화살표 방향처럼 좌측 하부를 통해 유입부(51)로 유입된후 우측상부로 에스자형의 곡선형태로 이동하여 유출부(520)로 빠져나감으로써 질소산화물이 촉매(500)에서의 체류시간을 극대화 한다.
여기서, 배기가스는 종래에 비해 촉매(500)내에 머무는 시간 및 이동거리가 길게 되므로 탈질 반응의 효율이 증가한다.
이러한 촉매(500)에서 촉매(500)의 개수 및 형상을 변형이 가능하되, 촉매(500)내에 머무는 시간 및 이동거리는 길게한다.
그러면, 배기가스는 촉매(500)내에서 이동하는 동안 환원제와 결합하여 탈질작용이 원활하게 일어난다.
그리고 나서, 촉매(500)을 통과한 배기가스는 공기유출구(720)를 통해 배출된다.
이러한 본 발명의 실시예에서는 탈질작용이 향상되므로 발전소등의 연소장치에서 연소시에 분사한 암모니아 또는 암모니아수가 배기가스에 존재하는 것만으로도 원할한 탈질이 되며, 별도의 암모니아수 분사장치가 필요없다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기는,
배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기로서,
분진유입구(710)와 공기배출구(720)가 형성된 집진케이스(700);
상기 집진케이스(700)의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터;
상기 백필터 상부에 위치하고, 상기 백필터를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매(500)를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고,
상기 촉매(500)는,
측면 일측에서 타측 방향으로 수정 길이의 제3 격벽(530)이 형성되고,
하부의 일측에 유입부(510)가 형성되고, 상부의 일측에 유출부(520)가 형성되며,
도 5의 화살표 방향처럼 상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 상기 제3 격벽(530)의 유도에 따라 타측 방향으로 갔다가 다시 유출부(520) 방향으로 유출되는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매(500)는,
측면은 막혀 있고,
좌측 중앙에서 우측 방향으로 제3 격벽(530)이 형성되고,
상부의 우측에 유출부(520)가 형성되고, 하부의 우측에 유입부(510)가 형성된다.
그리고 하부의 우측에 제1 격벽(531)이 형성되고, 상부의 우측에 제2 격벽(532)이 형성된다.
상기 배기가스가 상기 유입부(510)로 유입된 후 상기 제3 격벽(530)의 유도에 따라 우측방향으로 갔다가 다시 좌측의 유출부(520) 방향으로 올라가 유출되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 격벽(531) 및 제2 격벽(532) 및 제3 격벽(530)의 길이는 촉매(500) 길이의 1/2~2/3이다.
촉매(500) 내부에는 펠렛 또는 분말 형태의 촉매 물질이 포함되어 있다.
귀금속 물질은 백금, 팔라듐, 로듐 등이다. 전이 금속은 바나듐, 철, 코발트, 구리 등이다. 상기 촉매 물질은 백금, 팔라듐, 로듐, 바나듐, 철, 코발트, 구리 중 적어도 하나에 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 중 적어도 하나를 반응시켜 제조한다.
이러한 구성을 가진 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기의 동작은 다음과 같다.
제2 실시예의 동작은 촉매(500)에서 배기가스의 이동경로가 다른 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하므로 간단히 설명한다.
먼저, 촉매(500)는 측면이 막혀 있는 상태에서 배기가스가 좌측 하단 유입부(510)를 통해 유입된후 상기 제3 격벽의 유도에 따라 우측방향으로 갔다가 다시 좌측의 유출부(520) 방향으로 올라가 유출되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 배기가스는 종래에 비해 촉매(500)내에 머무는 시간 및 이동거리가 길게 되므로 탈질 반응의 효율이 증가한다.
그러면, 배기가스는 촉매(500)내에서 이동하는 동안 환원제와 결합하여 탈질작용이 원활하게 일어난다.
그리고 나서, 촉매(500)을 통과한 배기가스는 공기유출구(720)를 통해 배출된다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 설치공간이 협소하여 탈질설비를 구비하기 어려운 사업장에 설치가능하며, 백필터 상부에 촉매를 설치하여 탈질을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스가 촉매로 유입된 후 머무는 시간을 지연시켜 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스가 촉매의 유입부로 유입된 후 격벽의 유도에 따라 아래방향으로 내려갔다가 다시 올라오면서 유출부를 통해 나가면서 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 배기가스가 촉매의 유입부로 유입된 후 에스자를 그리면서 유출부를 통해 나가면서 배기가스와 반응제가 혼합되는 시간을 증가시켜 탈질효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 백필터의 전단과 후단의 차압을 감지하여 기준차압 이상인 경우 촉매의 기능이 원활하지 못한 것으로 판단하여 촉매에 압축가스를 분사하여 탈진을 할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에서는 탈질작용이 향상되므로 발전소등의 연소장치에서 연소시에 분사한 암모니아 또는 암모니아수가 배기가스에 존재하는 것만으로도 원할한 탈질이 되며, 별도의 암모니아수 분사장치가 필요없다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기는,
상기 필요에 따라 백필터(400)의 전단과 후단의 차압을 측정하고, 차압이 기준값 이상인 경우, 제어부(미도시)의 제어에 따라 압축가스를 분사하도록 할 수 있다.
이하에서는 상기 과정의 인젝터(200)가 압축가스를 분사하는 과정을 좀 더 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 일체형 집진기에 적용되는 하이브리드 인젝터의 정면을 나타낸 도면이다.
도 7은 하이브리드 인젝터의 측면을 나타낸 도면이다.
도 8은 하이브리드 인젝터의 평면을 나타낸 도면이다.
도 9는 하이브리드 인젝터를 분리한 정면을 나타낸 도면이다.
도 10은 하이브리드 인젝터를 분리하여 상부 덮개의 안쪽을 보인 도면이다.
도 11은 하이브리드 인젝터의 유볼트를 나타낸 도면이다.
도 12는 하이브리드 인젝터의 압축가스라인을 나타낸 도면이다.
도 13은 하이브리드 인젝터에서 압축가스 및 흡입 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 인젝터의 상부 덮개에서 회오리 바람이 형성되는 상태를 개략적으로 보인 도면이다.
도 6 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 적용되는 하이브리드 인젝터(200)는,
압축가스를 분사하는 압축가스 라인(100)에 결합되고, 백필터(400)로 압축가스와 공기의 혼합가스를 분사하기 위한 하이브리드 인젝터(200)로서,
흡입하려는 매체의 제1 유입구(260)가 형성되고, 상기 압축가스의 방향을 가이드하는 복수개의 가이드 베인(232)이 형성되는 상부덮개(230);
상기 상부 덮개(230)와 함께 예비 쳄버(240)를 형성하는 본체(100);
상기 예비 쳄버(240)와 상기 압축가스라인(100)을 연결하는 내부 통로를 가지며, 상기 압축가스라인(100)을 거치하도록 상부가 오목하게 형성되며, 압축가스용 복수의 제2 유입구(211, 221)가 형성되는 거치대(210, 220)를 포함한다.
상기 예비 쳄버(240)는 환형으로 형성되어 흡입하려는 매체용의 제1 유입구(260)를 둘러싸고, 상기 거치대(210, 220)는 서로 대향하는 2개의 제2 유입구(211, 221)를 구비한다.
상기 예비 쳄버(240)의 상부 덮개(230)에는 상기 가이드 베인(232)이 일정간격으로 비스듬히 형성되고, 둘레에는 상기 본체(100)와 상기 덮개(230)가 일정한 틈새를 유지하도록 테두리부(231)가 형성된다.
상기 압축가스 라인(100)에 압축가스 분사홀(130)을 추가로 형성하고, 상기 본체(100) 상부 중앙에는 인젝터(200)의 중심선을 압축가스라인(100) 중심선과 동일화함으로써 상기 본체(100) 중앙에 고압의 제트(Jet) 기류를 형성하고, 인젝터(200) 내경 주변은 코안다 효과를 형성하도록 한다.
상기 본체(100)의 측면에 유볼트(U-BOLT)를 이용하여 상기 압축가스라인(100)을 고정하기 위한 복수의 리브(Rib, 251, 252, 253, 254)를 구성하고, 상기 유볼트(310)에 너트(311, 312)를 체결하여 압축가스 라인(100)을 고정한다. 이에 따라 유볼트(311, 312)가 제1 유입구(260)의 공기 유입경로를 방해하지 않고, 압축가스 라인(100) 또한 거치대(210, 220)에 의해 본체(100)와 이격되어 공기 유입 경로로 원활하게 다량의 공기가 유입 가능하다.
예비 쳄버(240)는 흡입하려는 압축가스 흡입용 제2 유입구(211, 221)와 연결되고, 본체(100) 하부에는 압축가스용의 유출구(270)가 형성된다.
상기 제1 유입구(260)는 상기 예비 쳄버(240)의 복수의 제2 유입구(211, 221) 보다 아래에 위치하고, 상기 압축가스는 예비 쳄버(240)의 제2 유입구(211, 221), 거치대(210, 220)의 내부통로 및 예비 쳄버(240)를 통해 유출구(270)로 분사된다.
이러한 구성을 가진 하이브리드 인젝터의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 13은 하이브리드 인젝터에서 압축가스 및 흡입 공기의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 14는 하이브리드 인젝터의 상부 덮개에서 회오리 바람이 형성되는 상태를 개략적으로 보인 도면이다.
도 13을 참조하면, 외부로부터 압축 가스 라인(100)으로 압축가스가 공급된다. 압축가스 라인(100)에 인젝터(200)가 접속된 경우, 압축가스는 화살표의 방향으로 압축가스 라인(100)에서, 압축가스 분사홀(110, 130)에 연결된 제2 유입구(211, 221) 및 거치대(210, 220)의 내부통로를 통해 예비 쳄버(240)로 공급된다. 이때 인젝터(200)는 복수개가 구비되어 각각 동작을 하며, 편의상 하나의 인젝터에 관하여 설명한다.
그리고, 압축가스는 환형 예비 쳄버(240)의 상부 덮개에 형성된 가이드 베인(232)에 의해 회오리 또는 토네이도 형태로 변환되며 유출구(270) 방향으로 분사된다.
그리고, 필요에 따라 예비 쳄버(240) 내부의 노즐 슬롯(도면 미도시)이 추가로 구비되어 코안다 효과를 유발하고 부압을 발생시켜, 공기가 제1 유입구(260)를 통해 유출구(270)로 흐르도록 가속화할 수 있다.
이때, 흡입된 공기는 회오리 또는 토네이도 형태의 압축 가스와 혼합되어 더욱 빠르게 유출구 쪽으로 흐르게 된다. 여기서 압축 가스는 압축 공기일 수도 있다.
한편, 압축가스 라인(100)의 압축가스 분사홀(120)을 통해 압축가스가 하부 방향으로 분사되므로 이에 따라 공기가 흡입되는 속도는 더욱 빠르게 되며, 제1 유입구(260)로 흡입되는 공기와 회오리 형태의 압축가스의 혼합 및 흐름 속도도 더욱 빠르게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 압축가스라인에서 분사되는 압축가스로 인한 주변공기의 인젝터(200) 유입구로의 흡입량을 증가시켜 더 많은 흡입가스가 인젝터의 배출구를 통해서 배출될 수 있도록 하고, 분사압력을 높일 수 있다.
또한, 인젝터의 배출구를 통과하는 압축가스의 속도를 증가시켜 더 많은 주변공기가 인젝터의 배출구를 통과하는 압축가스와 함께 백필터로 유입될 수 있도록 하여 백필터에 대한 탈진효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 코안다 효과를 일으키는 압축공기의 유입로와 외부 공기 유입에 있어서 간섭을 최소화하기 위하여 유입구를 동일 평면에 배치한 것이 아니고 상부에 배치함으로써(약 2㎝ 이상)유입공간을 확보하고 백필터에 대한 탈진효과를 극대화 할 수 있다.
또한, 인젝터 상부 덮개 하부에 복수개의 가이드 베인을 설치함으로써 인젝터 본체와 덮개 사이의 일정한 틈새를 유지함과 동시에 유입되는 압축가스의 흐름을 회오리(토네이도)를 형성함으로써 백필터에 대해 탈진을 효율적으로 시킬수 있다.
또한, 코안다 인젝터의 중심선을 압축공기 파이프 중심선과 동일화함으로써 코안다 인젝터 중앙에 압축공기 분사 Hole을 구성하여 중앙에는 고압의 제트(Jet) 기류를 형성하고, 인젝터 내경 주변은 코안다 효과를 형성함으로써 탈진효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 인젝터 본체에 U-BOLT 조립용 리브(Rib)를 구성하여 U-BOLT & NUT로 체결함으로써 설치, 교체의 용이성 및 체결 내구성을 확보할 수 있다.
또한, 인젝터 본체에 압축공기 파이프를 거치할 수 있는 거치대(안장)을 구성하여 파이프에 홀(Hole)만 가공하여 조립의 용이성을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기로서,
    분진유입구와 공기배출구가 형성된 집진케이스;
    상기 집진케이스의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터;
    상기 백필터 상부에 위치하고, 상기 백필터를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고,
    상기 촉매는,
    하부의 일측에 유입부가 형성되고, 상부의 타측에 유출부가 형성되며,
    상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 에스자형의 곡선형태로 이동하면서 상기 유출부로 빠져나가는 것을 특징으로 하되,

    상기 촉매는 우측 하부의 제1 격벽과 좌측 상부의 제2 격벽이 상기 배기가스가 좌측 하부를 통해 유입된후 우측상부로 에스자형의 곡선형태로 이동하도록 하여 질소산화물이 상기 촉매에서 체류하는 시간을 지연하고,

    상기 제1 격벽 및 제2 격벽의 길이는 촉매 길이의 1/2~2/3이고,
    상기 촉매 내부에는 펠렛 또는 분말 형태의 촉매 물질이 포함되어 있고,
    상기 촉매 물질은 백금, 팔라듐, 로듐, 바나듐, 철, 코발트, 구리 중 적어도 하나와 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 중 적어도 하나를 반응시켜 제조하고,

    압축가스를 저장하고, 밸브를 개페하여 압축가스를 공급하는 압축가스탱크;
    상기 압축가스를 분사하여 상기 백필터에 달라붙은 분진을 제거하는 인젝터;
    상기 압축가스탱크의 압축가스를 상기 인젝터로 공급하는 압축가스라인을 더 포함하고,
    상기 집진케이스 상부에는 도어가 형성된 것을 특징으로 하는 촉매 일체형 집진기.
  2. 배기가스를 유입하여 탈진을 하여 출력하는 촉매 일체형 집진기로서,
    분진유입구와 공기배출구가 형성된 집진케이스;
    상기 집진케이스의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 배기가스의 분진을 여과하는 백필터;
    상기 백필터 상부에 위치하고, 상기 백필터를 통과한 상기 배기가스가 유입된 후 탈질 반응을 하도록 하는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하고,
    상기 촉매는,
    측면 일측에서 타측 방향으로 수정 길이의 격벽이 형성되고,
    하부의 일측에 유입부가 형성되고, 상부의 일측에 유출부가 형성되며,
    상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 상기 격벽의 유도에 따라 타측 방향으로 갔다가 다시 유출부 방향으로 유출되는 것을 특징으로 하되,

    상기 촉매는,
    측면은 막혀 있고,
    하부의 우측에 제1 격벽이 형성되고, 상부의 우측에 제2 격벽이 형성되고, 좌측 중앙에서 우측 방향으로 제3 격벽이 형성되고,
    상부의 우측에 유출부가 형성되고, 하부의 우측에 유입부가 형성되고,

    상기 배기가스가 상기 유입부로 유입된 후 상기 제3 격벽의 유도에 따라 우측방향으로 갔다가 다시 좌측의 유출부 방향으로 올라가 유출되는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 격벽 및 제2 격벽 및 제3 격벽의 길이는 촉매 길이의 1/2~2/3이고,
    상기 촉매 내부에는 펠렛 또는 분말 형태의 촉매 물질이 포함되어 있고,
    상기 촉매 물질은 백금, 팔라듐, 로듐, 바나듐, 철, 코발트, 구리 중 적어도 하나와 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 중 적어도 하나를 반응시켜 제조하고,

    압축가스를 저장하고, 밸브를 개페하여 압축가스를 공급하는 압축가스탱크;
    상기 압축가스를 분사하여 상기 백필터에 달라붙은 분진을 제거하는 인젝터;
    상기 압축가스탱크의 압축가스를 상기 인젝터로 공급하는 압축가스라인을 더 포함하고,
    상기 집진케이스 상부에는 도어가 형성된 것을 특징으로 하는 촉매 일체형 집진기.
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