KR102160186B1 - 커피로스팅배출물질 저감장치 - Google Patents

커피로스팅배출물질 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커피로스팅배출물질 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커피로스팅시 발생되는 유해가스를 효과적으로 처리하여 깨끗한 공기를 배출할 수 있도록 하고, 장치를 소형화하면서도 효율을 극대화한 커피로스팅배출물질 저감장치에 관한 것이다.
본 발명의 커피로스팅배출물질 저감장치에 의하면 화염을 사용하지 않으므로 매우 안전하고, 새로운 오염원이 발생하지 않으며, 지나치게 고열을 사용하거나, 화염을 사용하지 않으므로 화재의 우려가 매우 낮고, 먼지나 미세먼지는 집진장치에 의해서 1차로 제거해주며, 타르와 같이 점성이 있는 먼지들은 1차필터에 걸리도록 하고, 이를 응축수가 씻어내도록 함으로써 매우 효과적으로 도시유해가스를 처리하며, 전기로 인한 스파크 등이 발생하지 않고, 축열재에 의해서 축열된 열이 촉매의 작동온도를 지속적으로 유지해 주기 때문에 안전하게 운용될 수 있으며, 축열재에 열을 저장하고 있기 때문에 도시유해가스의 유입량이 심하게 변해도 촉매작용이 원활하게 유지되므로 작동효율이 좋은 등의 효과가 발생한다.

Description

커피로스팅배출물질 저감장치{HAZARDOUS GAS PROCESS UNIT FOR COFEEE ROASTING}
본 발명은 커피로스팅배출물질 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커피로스팅시 발생되는 유해가스를 효과적으로 처리하여 깨끗한 공기를 배출할 수 있도록 하고, 장치를 소형화하면서도 효율을 극대화한 커피로스팅배출물질 저감장치에 관한 것이다.
현대인은 인구의 집중화와 도시화로 인해서 수질의 오염, 공기질 오염 등 다양한 환경오염이 발생하는데, 이러한 환경오염을 최소화하기 위해서 세계 여러나라에서는 여러 가지 규범과 규제들을 만들어 내고 실제로 규제를 하고 있다.
최근에는 미세먼지, 황사 및 스모그 등으로 인한 공기질의 저하가 심각하게 일루어지고, 이러한 공기질의 저하를 막기 위한 배출가스의 규제가 계속 늘어가고 있다.
도시에서 유해가스가 발생하는 장소 또는 장치들은 주로 도시 내부에 있는 식당이나 커피숍 등의 불로 조리 또는 작업을 하는 곳인데, 특히, 고기 등을 굽는 구이집이나 커피로스팅과 같이 콩을 볶는 등의 요리나 작업을 할 때 많은 유해물질을 포함한 유해가스가 배출된다.
일예로 커피콩을 로스팅 할 경우에, 아세트알데히드, 포름알데히드, 벤젠 및 암모니아 등의 유해물질 및 먼지, 미세먼지가 다량 포함되어 있고, 타르와 같은 발암물질들도 다량 존재한다(이하, 이러한 유해물질들을 포함한 가스를 ‘커피콩 로스팅시 발생하는 가스’라고 약칭한다).
또한, 식당에서 삼겹살을 구울 때에도 발암물질인 다환방향성탄화수소(PAH)의 배출농도가 매우 높다는 것이 보고되고 있다.
특히, 대한민국의 경우에는 2016년 현재 대형 프렌차이즈 커피전문점의 숫자만 해도 6,472개로 그 숫자가 매우 많고, 작은 카페를 포함한다면 그 숫자가 상당히 많을 뿐만 아니라, 커피콩의 수입량은 년간 11만1906톤에 달하는 등 커피의 소비가 있기 때문에 그만큼 커피 로스팅으로 인한 커피콩 로스팅시 발생하는 가스의 발생이 심각하다.
이러한 커피전문점들은 모두 도시에 있는 것이어서, 커피콩을 로스팅(roasting) 할 때 배출되는 커피콩 로스팅시 발생하는 가스가 그대로 도시 내부에 배출되어 도시민들의 건강을 해치고 있다.
종래의 커피콩 로스팅시 발생하는 가스를 제거하기 위한 장치로는 커피콩 로스팅시 발생하는 가스의 내부에 존재하는 유해물질을 고온으로 태우는 에프터버너가 제공되고 있는데, 이러한 기술은 대한민국 특허청 특허등록공보 제1742269호에 개시된 바 있다.
또, 미세먼지나 먼지를 제거하기 위해서 싸이클론과 같은 장치가 제공되거나, 전기 집진기 등이 제공된다.
종래의 에프터버너, 사이클론 및 전기 집진기 등의 커피콩 로스팅시 발생하는 가스를 제거하기 위한 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
(1) 에프터버너가 설치되었을 경우에 커피 로스팅장치와 같이 풍량이 일정하지 않고, 한꺼번에 많은 양의 커피콩 로스팅시 발생하는 가스가 배출될 때에는 화염이 꺼지는 현상이 발생하며, 연료비가 많이 소모된다.
(2) 화염으로 인해서 덕트를 타고 들어오는 먼지나 미세먼지 등에 화재가 발생하는 경우가 많다.
(3) 먼지나 미세먼지를 제거하기 위해서 싸이클론을 설치하면 크기가 매우 커서 설치장소를 많이 차지할 뿐만 아니라, 커피콩 로스팅시 발생하는 가스가 수분을 많이 함유할 경우에는 응축이 발생하여 물이 많이 배출되는 효과만 발생하게 되고, 커피콩 로스팅시 발생하는 가스 처리효과는 떨어진다.
(4) 전기 집진기 등의 집진기를 사용할 경우에는 유지비가 많이 소요되고, 커피콩 로스팅시 발생하는 가스에 수분이 많이 함유될 경우에는 스파크가 발생하는 문제점이 있다.
(5) 커피콩 로스팅시 발생하는 가스의 유입량이 일정하지 않을 경우에는 효율이 현저히 떨어지고 전력소비량이 현저히 높다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 몸체의 내부에 프리필터부와 유동부 및 처리덕트부가 연결되는데,
상기 프리필터부는 박스형태의 케이스의 내부에 도시유해가스가 하단측면으로 유입되고, 중력증강방식의 집진장치가 형성되며, 상기 집진장치의 상단으로 차례대로 1차필터, 1차열교환기 및 2차필터가 형성되고,
상기 유동부는 작동팬에 의해서 프리필터부를 통과한 공기를 처리덕트부로 유동시키도록 형성되며,
상기 처리덕트부는 가운데가 나눠져 있고, 일측에는 2차열교환기가 형성되며, 타측에는 하단에서 상단으로 전기히터, 축열재 및 촉매가 차례대로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 커피로스팅배출물질 저감장치에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 화염을 사용하지 않으므로 매우 안전하고, 새로운 오염원이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 1차열교환기에 의해서 수분이 충분히 제거하고, 2차열교환기에서 고온의 처리가스와 열교환으로 열을 공급받은 상태에서 가열(전기히터)하므로 전력소모가 적어서 연료비가 적게 소요된다.
(2) 지나치게 고열을 사용하거나, 화염을 사용하지 않으므로 화재의 우려가 매우 낮다.
(3) 먼지나 미세먼지는 집진장치가 1차로 제거해주고, 타르와 같이 점성이 있는 먼지들은 1차필터에 걸리도록 하고, 이를 응축수가 씻어내도록 함으로써 매우 효과적으로 커피콩 로스팅시 발생하는 가스를 처리한다.
(4) 전기로 인한 스파크 등이 발생하지 않고, 축열재에 의해서 축열된 열이 촉매의 작동온도를 지속적으로 유지해 주기 때문에 안전하게 운용될 수 있다.
(5) 축열재에 열을 저장하고 있기 때문에 커피콩 로스팅시 발생하는 가스의 유입량이 심하게 변해도 촉매작용이 원활하게 유지되므로 작동효율이 좋다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 몸체를 개방한 상태 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 프리필터부와 유동부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 프리필터부의 분리사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 처리덕트부의 내부 설치구조도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 처리덕트부의 덕트케이스의 단면사시도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 처리덕트부의 내부 분리 사시도.
본 발명은 몸체(100)의 내부에 프리필터부(200)와 유동부(400) 및 처리덕트부(300)가 연결되는데,
상기 프리필터부(200)는 박스형태의 케이스(201)의 내부에 도시유해가스가 하단측면으로 유입되고, 집진장치(220)가 형성되며, 상기 집진장치(220)의 상단으로 차례대로 1차필터(230), 1차열교환기(240) 및 2차필터(250)가 형성되고,
상기 유동부(400)는 작동팬(430)에 의해서 프리필터부(200)를 통과한 공기를 처리덕트부(300)로 유동시키도록 형성되며,
상기 처리덕트부(300)는 가운데가 나뉘어져 있고, 일측에는 2차열교환기(320)가 형성되며, 타측에는 하단에서 상단으로 전기히터(330), 축열재(340) 및 촉매(350)가 차례대로 구성된다.
상기 몸체(100)는 사각 박스 형상으로 형성되고, 전방하단에는 도어(110)가 형성되며, 상기 도어(110)는 프리필터부(200)의 케이스(201)의 전방을 막을 수 있도록 형성된다.
상기 몸체(100)의 측면 하단에는 도시유해가스유입구(120)가 돌출될 수 있도록 홀이 형성되고, 측면의 가운데 부분에는 외기를 유입할 수 있도록 외기유입구(205) 부분에 공기를 유입할 수 있도록 그릴형태로 형성된다.
상기 몸체(100)의 상단일측에는 처리덕트부(300)로부터 배출되는 클린가스(clean gas)가 배출되는 클리가스배출구(130)가 돌출되도록 홀이 형성된다.
상기 몸체(100)의 내부의 전방에는 하단의 도어(110)에 의해서 결합되는 케이스(201)가 형성된 프리필터부(200)가 형성된다.
상기 프리필터부(200)는 도시유해가스유입구(120)로 도시유해가스, 예를 들어 커피 로스트장치로부터 유입되는 수분을 많이 포함하고, 타르 등의 먼지성분과 미세먼지 및 유해물질을 포함하는 도시유해가스가 유입된다.
상기 도시유해가스유입구(120)와 연결되어 집진장치(220)가 형성되는데, 상기 집진장치(220)는 상단을 역 'U'자 형상으로 형성하여 확대관 현상에 의해서 먼지의 속도를 떨어뜨리면서, 양 측면으로 빠져나가도록 형성하여 비교적 큰 입자의 먼지들은 중력에 의해서 하단에 형성된 먼지박스로 떨어지도록 형성된다.
즉, 도시유해가스유입구(120)로 유입되는 도시유해가스는 입자가 큰 먼지 또는 부유물이 포함되어 있는데, 도시유해가스가 관을 통해서 유입되다가 내부가 넓은 집진장치(220)로 유입되어 속도가 떨어지는 현상(확대관 현상)이 발생하게 되어 입자가 큰 먼지 또는 부유물이 중력에 의해서 하단으로 떨어지게 되고, 이를 제외한 나머지 도시유해가스는 측면으로 빠져나가게 된다.
상기 집진장치(220)의 측면으로 배출되는 가스는 1차필터(230)를 거치게 되는데, 상기 1차필터(230)는 매쉬타입으로 형성되고, 먼지가 걸러지도록 형성된다.
상기 1차필터(230)의 상단에는 1차열교환기(240)가 형성되는데, 상기 1차열교환기(240)는 처리장치(10)의 외부에서 실온의 공기가 유입되도록 하여 처리되는 가스와 열교환이 일어나도록 한다.
상기 처리되는 도시유해가스는 커피 로스팅일 경우에는 약 70~80도 정도 되므로, 외기와 열교환이 일어나면 1차열교환기(240)에 의해서 수증기가 응축되어 하단으로 떨어진다.
상기와 같이 응축된 물이 하단으로 떨어지면 1차필터(230)을 세척하면서 떨어지게 되고, 응축수는 먼지박스(210)에 고이게 된다.
상기 1차열교환기(240)에 의해서 수증기가 제거되면, 처리가스를 촉매와 반응시키기 위해서 온도를 상승시킬 때 전기히터의 사용량을 줄이고도 빠르게 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 1차열교환기(240)의 상단에는 2차필터(250)가 형성되는데, 상기 2차필터(250)는 미세먼지를 집진하도록 형성된다.
상기 프리필터부(200)의 케이스(201)의 상단에는 유동부(400)가 연결되는데, 상기 유동부(400)는 프리필터부(200)와 연통되는 프리유입관(410)이 형성되고, 상기 프리유입관(410)의 끝단에는 작동팬(430)이 형성되며, 상기 작동팬(430)의 출력부에는 덕트유입관(420)이 연결된다.
상기 프리유입관(410)에는 밸브(415)가 형성되어 처리가스의 유동량을 조절할 수 있다.
상기 프리필터부(200)의 후방에는 유동부(400)의 덕트유입관(420)과 연통되는 처리덕트부(300)가 형성되는데, 상기 처리덕트부(300)의 덕트케이스(310)의 내부에 처리가스가 유동하도록 통로가 형성된다.
상기 처리덕트부(300)의 덕트케이스(310)는 상,하,좌측,우측패널(301,302, 303,304)이 형성되고, 내부에 좌측패널(303)과 이격되고 수직되게 형성되는 1차벽(311)이 형성된다.
상기 1차벽(311)과 이격되도록 2차벽(312)이 형성되며, 상기 2차벽(312)과 이격되도록 3차벽(313)이 형성되되, 2차벽(312)과 3차벽(313)은 가까이 형성되고, 내부 가운데 나란하게 형성된다.
상기 3차벽(313)과 이격되게 우측패널(304)에 가까운 4차벽(315)이 형성되고, 1,2,3 및 4차벽(311,312,313,315)의 하단에는 하부벽(314)이 형성된다.
상기 1차벽(311)의 가운데에는 사각형태로 파진 좌측유동구(311a)가 형성되고, 좌측유동구(311a)와 대응되도록 2차벽(312)에 우측유동구(312a)가 형성된다.
상기 하부벽(314)에는 1차벽(311)과 2차벽(312)사이와, 3차벽(313)과 4차벽(315)사이에는 개방된 좌,우측하단유동구(314a, 314b)가 각각 형성된다.
상기 1차벽(311)과 3차벽(313)의 상단은 상부패널(301)로부터 이격되어 공간이 형성되는 좌,우측상단유동구(311b, 313a)가 각각 형성된다.
상기 덕트케이스(310)의 내부에 형성된 1,2차벽(311,312)의 사이에는 2차열교환기(320)가 형성되고, 상기 3,4차벽(313,315)의 사이에는 하단에서 상단으로 전기히터(330), 축열재(340) 및 촉매(350)가 각각 놓여서 형성된다.
상기 2차열교환기(320)는 상하부가 차단된 상태에서 가운데에 다수개의 관으로 좌측하단유동구(314b)와 연통되어 처리가스가 이동된다.
상기 축열재(340)는 세라믹으로 형성되고, 열을 흡수했다가 천천히 냉각되도록 형성되고, 상기 촉매(350)는 도시유해가스의 VOC 등의 독성물질과 반응하는 촉매가 형성된다.
상기 축열재(340)는 촉매(350)와 동일 또는 다른 촉매로 형성되어 유해가스 제거효율을 높이면서도 촉매가 축열의 역할을 할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 처리덕트부(300)의 덕트케이스(310)의 1,2차벽(311,312)의 상단에는 클린가스배출구(130)가 형성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 커피로스팅배출물질 저감장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도시유해가스가 배출되는 장치의 배기구와 처리장치(10)의 도시유해가스유입구(120)를 연결한다.
도시유해가스가 배출되는 장치는 배출되는 유량의 변화가 심하거나, 수분을 많이 포함하는 커피 로스팅용 장치나 구이용 장치 등이 될 수 있고, 도시유해가스가 유입되는 온도는 약 80도~100도 정도일 경우가 대부분이다.
상기 도시유해가스가 유입되면 프리필터부(200)의 집진장치(220)에 의해서 굵은 먼지들은 하단으로 먼지박스(210)로 떨어지게 되고, 이후, 1차필터(230)에 의해서 타르 등의 먼지들이 걸러지게 된다.
이후, 처리가스는 계속 상승하여 1차열교환기(240)에서 열교환이 일어나는데, 이때, 외기유입구(205)로부터 차가운 외기(실온)가 유입되어 1차열교환기(240)의 온도를 떨어뜨린다.
1차열교환기(240)에서 온도가 처리가스의 온도가 낮아지면 수증기가 응축하여 1차열교환기(240)의 표면에 물방울이 맺히다가 떨어지는데, 물이 떨어면서 1차필터(230)를 세척하게 된다.
이후, 처리가스는 미세먼지까지 제거하는 2차필터(250)을 거치게 되어 먼지와 일부 유해물질이 제거된다.
상기 1차필(230)터와 2차필터(250)는 전방의 도어(110)를 열면 쉽게 교체가 가능하도록 형성된다.
상기 유동부(400)는 처리가스가 이동하는 동력을 전달하여 프리필터부(200)를 거친 처리가스는 프리유입관(410)을 따라서 덕트유입관(420)을 통과해서 처리덕트부(300)로 유동한다.
상기 처리가스유입구(305)로 유입된 처리가스는 도 5와 도 6과 같이 내부에서 유동하는데, 처리가스는 덕트케이스(310)에 형성된 2차열교환기(320)의 가운데 형성된 다수개의 관을 따라서 하강하면서 온도가 상승하고, 하부벽(314)의 좌측하단유동구(314a)를 빠져나온다.
즉, 프리필터부(200)를 통과한 처리가스(온도 약 50도)가 2차열교환기(320)의 다수개의 관과 연통된 좌측하단유동구(314b)으로 이동하는데, 촉매(350)를 통과한 온도가 높은(약 300도) 클린가스가 2차열교환기(320)의 다수개의 관의 외부로 이동하면서 서로 열교환이 일어나서 처리가스의 온도가 약 220도까지 상승하게 된다.
이후, 처리가스는 하부벽(314)의 우측하단유동구(314b)를 따라서 상승하면서 전기히터(330)에 의해서 온도가 상승하고, 축열재(340)에 의해서 최종 가열온도 약(250도~300도)에 이르렀을 때 촉매(350)를 통과하면서 VOC등 유해물질을 산화하여 제거한다.
상기와 같이 촉매(350)를 통과한 처리가스는 클린가스가 되고, 높은 온도의 클린가스는 3차벽(313)의 우측상단유동구(313a)를 따라서 2차벽(312)과 3차벽(313) 사이로 유동하고, 2차벽(312)의 우측유동구(312a)로 빠져나가면서 2차열교환기(320)를 거쳐서 1차벽(311)의 좌측유동구(311a)를 통과하게 된다.
상기와 같이, 1차열교환기를 통과하면서 처리가스에서 수증기를 제거하고, 2차열교환기를 통과하므로써 온도가 빠르게 상승되어 전기히터로 갈 때에는 거의 220도에 가까운 온도까지 상승되므로, 전기히터는 축열재(340)에 있는 열을 포함하여 약 80도만 상승시키면 촉매(350)의 작용온도(300도)에 이를 수 있어서, 가정용전기인 약 5Kw정도의 전력으로도 충분히 전체 장치(10)를 운용할 수 있다.
이후, 좌측패널(303)과 1차벽(311)사이를 유동하면서 상승하고, 이후, 1차벽(311)의 상단에 형성된 좌측상단유동구(311b)를 통과하여 클린가스배출구(130)로 배출된다.
상기 축열재(340)는 열을 유지할 수 있기 때문에 유입되는 도시유해가스의 양이 변화하여도 처리가스의 온도를 빠르게 상승시켜 촉매작용에 적합한 온도로 맞추어 주기 때문에 처리가 가능하고, 전기히터(330)의 작동을 최소화함으로써 전기효율이 극대화되는 효과가 있다.
또한, 처리덕트부(300)는 턱트케이스(310)의 내부의 공간을 효율적으로 형성함으로써 크기를 최소화할 수 있다.
본 발명의 커피로스팅배출물질 저감장치에 의하면 화염을 사용하지 않으므로 매우 안전하고, 새로운 오염원이 발생하지 않으며, 지나치게 고열을 사용하거나, 화염을 사용하지 않으므로 화재의 우려가 매우 낮고, 먼지나 미세먼지는 집진장치가 1차로 제거해주며, 타르와 같이 점성이 있는 먼지들은 1차필터에 걸리도록 하고, 이를 응축수가 씻어내도록 함으로써 매우 효과적으로 도시유해가스를 처리하며, 전기로 인한 스파크 등이 발생하지 않고, 축열재에 의해서 축열된 열이 촉매의 작동온도를 지속적으로 유지해 주기 때문에 안전하게 운용될 수 있으며, 축열재에 열을 저장하고 있기 때문에 도시유해가스의 유입량이 심하게 변해도 촉매작용이 원활하게 유지되므로 작동효율이 좋은 등의 효과가 발생한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
10 : 처리장치 100 : 몸체
110 : 도어 120 : 도시유해가스유입구
130 : 클린가스배출구 200 : 프리필터부
201 : 케이스 205 : 외기유입구
210 : 먼지박스 220 : 집진장치
230 : 1차필터 240 : 1차열교환기
250 : 2차필터 300 : 처리덕트부
301 : 상부패널 302 : 하부패널
303 : 좌측패널 304 : 우측패널
305 : 처리가스유입구 310 : 덕트케이스
311 : 1차벽 311a: 좌측유동구
311b: 좌측상단유동구 312 : 2차벽
312a: 우측유동구 313 : 3차벽
313a: 우측상단유동구 314 : 하부벽
314a: 좌측하단유동구 314b: 우측하단유동구
315 : 4차벽 320 : 2차열교환기
330 : 전기히터 340 : 축열재
350 : 촉매 400 : 유동부
410 : 프리유입관 415 : 밸브
420 : 덕트유입관 430 : 작동팬

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 몸체의 내부에 프리필터부와 유동부 및 처리덕트부가 연결되는데,
    상기 프리필터부는 박스형태의 케이스의 내부에 도시유해가스가 하단측면으로 유입되고, 상단이 역‘U’자 형상으로 형성되어 먼지 또는 부유물의 속도가 떨어져서 중력에 의해서 하단으로 떨어지도록하면서 이를 제외한 도시유해가스가 양 측면으로 빠져나가도록 형성한 집진장치가 형성되며, 상기 집진장치의 상단으로 차례대로 1차필터, 1차열교환기 및 2차필터가 형성되고,
    상기 유동부는 작동팬에 의해서 프리필터부를 통과한 공기를 처리덕트부로 유동시키도록 형성되며,
    상기 처리덕트부는 가운데가 나뉘어져 있고, 일측에는 2차열교환기가 형성되며, 타측에는 하단에서 상단으로 전기히터, 축열재 및 촉매가 차례대로 구성되는 것을 특징으로 하는 커피로스팅배출물질 저감장치.
  3. 삭제
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