KR102161897B1 - 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장에 관한 것으로서, 도장공장의 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착제로 흡착하고, 흡착된 상기 VOCs를 상기 흡착제로부터 탈착시켜 배출되면 재생되는 로터식반응부; 상기 로터식반응부로부터 재생공기와 함께 유입되는 상기 VOCs를 촉매부에서 산화하여 제거하는 재생부; 및 상기 촉매부로부터 토출되는 고온의 상기 재생공기를 이용하여 제습제를 재생시키는 제습부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장{VOCs removal system and large scaled painting shop having the same}

본 발명은 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장에 관한 것이다.

일반적으로, 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, 이하 VOCs로 칭함)은 자연적으로도 토양, 습지, 초목, 토지 등에서도 일부 발생해 왔으나, 산업의 발전에 따라 인위적으로 발생되는 VOCs의 양이 급속히 증가하여 자연적으로 분해되거나 처리 가능한 정도를 넘어서고 있어, 이러한 VOCs를 제거하고 처리하기 위한 다양한 기술이 연구 및 개발되어 사용되어 왔다.

VOCs 발생원은 매우 다양하며 구체적으로 구성물질, VOCs 발생환경 등에 따라 VOCs의 제거 방식도 달라진다. 보다 구체적으로 설명하자면, VOCs 제거시스템을 선택함에 있어서, 제거 효율, 조작 및 유지관리의 용이성, 안전성, 경제성, 배출가스의 종류와 조성, 공정변수, 장치의 위치, 발열량, 촉매의 유무, 폐열의 이용목적, 회수 및 재활용 등이 고려되어야 한다. 이와 같이 다양한 요인에 의하여 최적의 VOCs 제거시스템이 선택되어야 하는 바, 현재 VOCs 제거시스템으로서, 직접연소장치, 축열연소장치, 촉매연소장치, 냉각응축장치, 흡수장치, 막분리법을 이용한 장치, 흡착법을 이용한 장치, 흡수(세정식)탈취장치, 생물탈취장치 등과 같이 매우 다양한 장치들이 사용되고 있다.

조선소의 경우, VOCs 배출은 도장 건조 시간과 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 엄격한 도장공정의 관리가 매우 중요하지만, 현실에서는 도장공장을 대형화하는 방법으로 VOCs 제거 설비에 대한 법적 규제를 만족시켰다. 즉, 50000㎥ 이상의 대형 도장공장은 VOCs 배출 규제에 있어 예외였기 때문에 도장공장이 대형화되는 반면 VOCs 제거를 위한 노력이 부족한 실정이다.

최근에는 환경에 대한 규제가 강화되면서 50000㎥ 이상의 대형 도장공장에 VOCs 제거 설비의 설치가 요구되고 있으나, 상기한 기존의 VOCs 제거시스템은 50000㎥ 이상의 대형 도장공장에 적용하기 위한 기술을 고려하지 않아 중소형의 도장공장에 한정되어 있어, 이들 기존의 VOCs 제거시스템을 대형 도장공장에 적용할 경우 환경 규제에 따른 도장공장의 VOCs 배출량을 기준치 이하로 유지하기 위해서는 전체 설비의 대형화로 인해 설치공간이 부족할 뿐만 아니라 대형화된 장비의 운전 비용 또한 증가되는 문제가 있다. 이에 따라 50000㎥ 이상의 대형 도장공장에 적합한 대용량 VOCs 제거장치에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.

또한, 조선소의 도장공장의 경우 VOCs 농도가 일정하지 않는데, 이는 도장작업의 시간이 일정하지 않을 뿐만 아니라, 도장 작업자의 위치 그리고 페인트 물성에 따라 농도가 다양하기 때문이다.

이러한 다양한 VOCs 농도 조건에서도 운전이 가능한 시스템이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전체 설비를 최소화하면서도 대용량의 VOCs를 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 다양한 VOCs 농도 조건에서도 운전모드를 VOCs 농도에 따라 가변 운전함으로 인해 VOCs 제거 시스템 운전비용을 절감할 수 있도록 하는 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템은, 도장공장의 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착제로 흡착하고, 흡착된 상기 VOCs를 상기 흡착제로부터 탈착시켜 배출되면 재생되는 로터식반응부; 상기 로터식반응부로부터 재생공기와 함께 유입되는 상기 VOCs를 촉매부에서 산화하여 제거하는 재생부; 및 상기 촉매부로부터 토출되는 고온의 상기 재생공기를 이용하여 제습제를 재생시키는 제습부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제습부는, 상기 제습제가 충진된 제습기; 상기 실내공기를 상기 도장공장과 상기 제습기로 순환시켜 습기를 제거하도록 하는 제1배관; 및 상기 촉매부에서 산화에 의해 가열된 상대적으로 고온의 상기 재생공기를 상기 제습기에 공급하여 상기 제습제에 흡착된 습기를 제거하도록 하는 제2배관을 포함할 수 있다.

구체적으로, 외부공기를 상기 로터식반응부에 재생용으로 공급하는 외부공기공급부; 및 상기 외부공기를 상기 촉매부로부터 토출되는 고온의 재생공기로 가열하는 열교환부를 포함하고, 상기 열교환부에서 상기 외부공기와 열교환된 상대적으로 저온의 상기 재생공기를 상기 상대적으로 고온의 상기 재생공기에 합류시켜 상기 제습제에 흡착된 습기를 제거하도록 하는 제3배관을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착제로 흡착하고, 흡착제에 흡착된 VOCs를 탈착시켜 배출되면 재생되는 로터식반응기를 처리풍량이 적어도 1000㎥/min급 이상이 되도록 구성함으로써, 50000㎥ 이상의 대형 도장공장에서 로터식반응기의 설치 대수를 줄일 수 있어, 전체 설비를 최소화하면서도 대용량의 VOCs를 효율적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 흡착제에 흡착된 VOCs를 탈착하기 위한 열원으로 다중마이크로웨이브모듈을 이용함으로써, 전기히터와 같이 열전도에 의한 가열방식에 비해 에너지효율을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라, VOCs 흡착제 재생시간을 감소시킬 수 있고, 로터식반응기가 대형화되더라도 가열을 통해 탈착 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 다중마이크로웨이브모듈의 도파관 길이를 최적화함으로써, 반사율을 줄여 가열 효율을 높일 수 있고, 로터식반응기가 대형화되더라도 다중마이크로웨이브모듈의 설치로 인한 공간 차지를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 실내공기를 배기 및 복귀시키는 실내공기순환부, 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착, 탈착시키는 로터식반응부, VOCs를 산화시켜 제거하는 재생부 각각을 블록화하여 다양하게 배치 조립하도록 함으로써, 실내공기순환부, 로터식반응부 및 재생부를 현장 특성에 따라 자유롭게 변경 배치할 수 있어, 설치 공간에 따른 효율적인 배치 조립을 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 외부공기를 로터식반응부에 재생용으로 공급하는 외부공기공급부를 구성하고, 재생공기배관에 배치된 다수의 온도센서로 재생공기의 온도를 측정하여 농도를 추정하도록 구성함으로써, 측정된 온도에 따라 외부공기를 추가 공급할 수 있어 고농도의 VOCs에 대해서도 촉매부의 성능 저하를 방지할 수 있고, 측정된 온도를 토대로 VOCs의 농도를 추정할 수 있어 현실적으로 불가한 농도 측정 없이도 농도에 따른 시스템 제어를 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 촉매부에서 재생공기와 함께 유입되는 VOCs의 산화 과정에서 가열된 재생공기를 로터식반응부에 재활용하도록 구성함으로써, VOCs의 탈착 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 외부공기공급부로부터 로터식반응부로 공급되는 외부공기를 촉매부에서 토출된 고온의 재생공기로 가열하는 열교환부를 구성함으로써, VOCs의 탈착 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 제습제를 이용하여 실내공기에 함유된 습기를 제거하기 위한 제습부를 구성하되, 촉매부에서 산화에 의해 가열된 재생공기를 제습제의 재생에 사용함으로써, 제습제의 재생에 필요한 열에너지를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, VOCs가 포함된 실내공기 중 일부가 로터식반응부를 우회하여 촉매부로 유입되도록 구성함으로써, 로터식반응기의 제원보다 큰 풍량의 배기 처리를 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 재생공기배관에 다수의 온도센서를 장착하여 실시간으로 시스템에 대한 온도 변화 경향을 모니터링함으로써, 다양한 VOCs 농도 조건에서도 운전모드를 VOCs 농도에 따라 가변 운전할 수 있어, VOCs 제거 시스템의 효율적인 운용 및 운전 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템 및 이를 구비하는 대형 도장공장은, 전체설비 최소화, 에너지효율 증진, VOCs 흡착제 재생시간 감소에 따라 시스템 유지비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 평면도이다.
도 7은 로터식반응기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 다중마이크로웨이브모듈의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 차단판의 다양한 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 처리풍량이 500㎥/min급 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 포함된 로터식반응기에서 마이크로웨이브 분산도 모델링을 도시한 도면이다.
도 11은 처리풍량이 1000㎥/min급 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 포함된 로터식반응기에서 마이크로웨이브 분산도 모델링을 도시한 도면이다.
도 12는 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 구비되는 휘발성유기화합물 제거시스템에서 처리풍량에 따른 마이크로웨이브 분산도 표준편차를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 평면도이고, 도 7은 로터식반응기를 설명하기 위한 사시도이고, 도 8은 다중마이크로웨이브모듈의 작동상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 9의 (a) 내지 (d)는 차단판의 다양한 형상을 설명하기 위한 도면이다.

그리고 도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템에서 마이크로웨이브 모듈을 포함하는 로터식반응기로 적어도 1000㎥/min 이상의 풍량을 처리할 수 있음을 설명하기 위한 도면들로서, 도 10은 처리풍량이 500㎥/min급 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 포함된 로터식반응기에서 마이크로웨이브 분산도 모델링을 도시한 도면이고, 도 11은 처리풍량이 1000㎥/min급 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 포함된 로터식반응기에서 마이크로웨이브 분산도 모델링을 도시한 도면이고, 도 12는 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 구비되는 휘발성유기화합물 제거시스템에서 처리풍량에 따른 마이크로웨이브 분산도 표준편차를 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템(1)은, 조선소와 같이 소정 규모 이상의 대형 도장공장(2) 예를 들어, 50000㎥ 이상의 대형 도장공장(2)에서 발생하는 VOCs를 제거하기에 적합하도록 구성될 수 있으며, 이때 휘발성유기화합물 제거시스템(1)의 성능은 VOCs 배출 규제에 따라 VOCs 감소 효과가 90% 이상이고 VOCs 배출 농도가 100ppm 이하이면서 도장공장(2) 전체 체적의 2.5배를 시간당 처리해야 적합하다 할 수 있다. 또한, 휘발성유기화합물 제거시스템(1)이 적용되는 도장공장(2) 내부 압력은 음압(예를 들어, 2.08배 이하의 음압)이 걸리도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예들의 휘발성유기화합물 제거시스템(1)은, 50000㎥ 이상의 대형 도장공장(2)을 대상으로 하지만, 반드시 대형 도장공장에 국한되는 것은 아니며, 중소형 도장공장을 비롯하여 VOCs의 제거를 필요로 하는 모든 장소가 설치 대상이 될 수 있음을 밝혀둔다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템(1)은, 도장공장(2)의 다지점에 분산 설치되어 도장공장(2)의 실내공기에 포함된 VOCs를 제거할 수 있으며, 실내공기순환부(100), 로터식반응부(200), 재생부(300), 열교환부(400), 외부공기공급부(500)를 포함한다.

실내공기순환부(100)는, 도장공장(2)의 실내공기를 배기하여 로터식반응부(200)로 유입시키고, 로터식반응부(200)에서 정화된 실내공기를 다시 도장공장(2)으로 복귀시킬 수 있으며, 실내공기배관(110), 환기팬(120), 필터(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 실내공기순환부(100)는 제1블록(10)으로 제작될 수 있으며, 제1블록(10)은 실내공기순환부(100)를 수용하는 블록으로서, 후술하겠지만 로터식반응부(200)를 수용하는 제2블록(20) 상에 방향성과 무관하게 배치 설치될 수 있다.

실내공기배관(110)은, 도장공장(2)의 실내공기가 유동하는 통로를 제공하며, 제1,2실내공기배관(111, 112)으로 구성될 수 있다.

제1실내공기배관(111)은, 일단부가 도장공장(2)에 연결되고, 타단부가 로터식반응부(200)의 입구측에 연결될 수 있으며, 도장공장(2)의 VOCs가 포함된 실내공기를 로터식반응기(210)의 흡착영역으로 유동하도록 하는 통로를 제공할 수 있다.

제2실내공기배관(112)은, 일단부가 로터식반응부(200)의 출구측에 연결될 수 있으며, 로터식반응부(200)를 통과한 정화된 실내공기를 도장공장(2)으로 복귀시키거나, 재생부(300)로 보내 재생공기로 사용하거나, 도장공장(2) 외부로 보낼 수 있는 통로를 제공할 수 있다.

환기팬(120)은, 제1실내공기배관(111) 상에 마련되어 도장공장(2)의 VOCs가 포함된 실내공기를 로터식반응부(200)로 유입시켜 로터식반응기(210)의 흡착영역을 통과하게 하고, 로터식반응기(210)의 흡착영역을 통과한 정화된 실내공기를 제2실내공기배관(112)을 통해 도장공장(2)으로 복귀시킬 수 있다.

로터식반응부(200)에서 정화된 실내공기는 재생부(300)로 공급되어 재생공기로 사용될 수 있으며, 또한 외부로 배출할 수 있음은 물론이다.

환기팬(120)은 VOCs가 포함된 실내공기의 유동 통로인 제1실내공기배관(111) 상에 마련되는 것으로 설명하지만, 로터식반응부(200)에서 정화된 실내공기의 유동 통로인 제2실내공기배관(112) 상에 마련될 수 있고, 제1,2실내공기배관(111, 112) 각각에 마련될 수 있고, 관로의 길이와 형상에 따라 적절하게 증설될 수 있음은 물론이다.

필터(130)는, 제1실내공기배관(111)의 단부에 연결될 수 있으며, 환기팬(120)으로부터 로터식반응부(200)로 유입되는 실내공기에 포함된 불순물을 걸러줄 수 있다.

로터식반응부(200)는, 실내공기순환부(100)로부터 VOCs가 포함된 실내공기가 유입되면 VOCs를 흡착하고, 재생부(300)에 의해 VOCs가 탈착 및 배출되면 재생될 수 있도록 구성될 수 있으며, 로터식반응기(210), 다중마이크로웨이브모듈(220)을 포함할 수 있다. 여기서, 로터식반응부(200)는 제2블록(20)으로 제작될 수 있으며, 제2블록(20)은 로터식반응부(200)를 수용하는 블록으로서, 상부에 실내공기순환부(100)를 수용하는 제1블록(10)이 배치 설치될 수 있고, 후술하겠지만 재생부(300)를 수용하는 제3블록(30)이 제2블록(20)의 전후좌우 측면 중 어느 한 면에 선택적으로 배치 조립될 수 있다.

로터식반응기(210)는, 내부에 VOCs 흡착제가 충진되는 다분할 반응기(211)와, 다분할 반응기(211)의 상하부를 덮는 상하커버부(도면부호 미도시) 각각에 구비되어 다분할 반응기(211)를 통과하는 공기의 입출구로서의 제1,2커버(212, 213), 그리고 상하커버부 각각에서 제1,2커버(212, 213)를 연결하는 재생공기배관(310)의 제1,2재생공기배관(311, 312)으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서는, 다분할 반응기(211) 및 제1,2커버(212, 213)를 포함하는 상하커버부 중에서 어느 하나가 회전될 수 있도록 구성될 수 있다. 다분할 반응기(211)가 회전할 경우 상하커버부는 고정되도록 구성되고, 반대로 상하커버부가 회전할 경우 다분할 반응기(211)는 고정되도록 구성됨은 물론이다.

제1,2커버(212, 213)를 포함하는 상하커버부가 회전할 경우, 제1,2커버(212, 213)를 연결하는 재생공기배관(310)의 제1,2재생공기배관(311, 312) 역시 상하커버부와 함께 회전하도록 구성될 수 있다.

다분할 반응기(211) 또는 상하커버부 중에서 어느 하나는, 도시 하지 않았지만, 모터, 회전축, 타이밍벨트 등으로 이루어지는 구동부에 의해 일정 각도로 시간차를 두고 회전 구동될 수 있다.

다분할 반응기(211) 또는 상하커버부가 일정 각도로 시간차를 두고 회전함에 따라, 제1,2커버(212, 213)에 의해 밀봉되는 다분할 반응기(211)의 위치가 시간차를 두고 변화되고, 이로써 제1,2커버(212, 213)에 의해 밀봉되지 않는 다분할 반응기(211)의 부분이 실내공기에 포함된 VOCs가 흡착제에 흡착되는 흡착영역이 되고, 제1,2커버(212, 213)에 의해 밀봉되는 다분할 반응기(211)의 부분이 흡착제를 가열하여 VOCs가 탈착되고, 탈착된 VOCs를 배출하는 탈착영역이 된다.

이러한 흡착영역과 탈착영역은 시간차를 두고 변화되면서 VOCs의 흡착, VOCs의 탈착 및 VOCs의 배출이 이루어지게 되어, 로터식 반응기(210)가 재생된다. 흡착영역은 로터식반응기(210) 전체 영역의 80% 전후를 차지하고, 탈착영역은 로터식반응기(210) 전체 영역의 20% 전후를 차지할 수 있다.

상기에서, 다분할 반응기(211)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 중심축(211a), 제1격벽(211b), 제2격벽(211c), 제3격벽(211d), 다공판(211e), 차단판(211f)을 포함할 수 있다.

중심축(211a)은, 다분할 반응기(211)의 중심을 이루며, 상하커버부의 중심축(도시하지 않음)과 연결될 수 있다.

제1격벽(211b)과 제2격벽(211c)은, 중심축(211a)을 중심으로 방사상으로 다수 설치되되, 상호 일정 간격을 두고 평행하게 한 쌍으로 설치될 수 있으며, 이로써 다분할 반응기(211)는 한 쌍을 이루는 다수의 제1,2격벽(211b, 211c)에 의해 다수의 통로(도면부호 미도시)로 구획될 수 있다.

제3격벽(211d)은, 어느 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c) 중에서 제2격벽(211c)의 외측단부와, 이에 이웃하는 다른 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c) 중에서 제1격벽(211b)의 외측단부에 연결되어 로터식반응기(210)의 둘레를 이루도록 다수 설치될 수 있다.

상기한 한 쌍을 이루는 다수의 제1,2격벽(211b, 211c)과 다수의 제3격벽(211d)에 의해 다분할 반응기(211)에는 다수의 통로가 형성될 수 있다.

다공판(211e)은, VOCs를 흡착할 수 있도록, VOCs 흡착제를 다수의 통로 각각의 내부에 충진하기 위하여, 다수의 통로 각각의 입구와 출구 측에 설치될 수 있다.

흡착제는, 상온에서 공기 중의 VOCs를 흡착하고 고온에서 흡착제에 흡착되어 있던 VOCs가 탈착되어 공기 중으로 배출되도록 하는 성질을 가지고 있다. 흡착제는 제올라이트(zeolite) 일 수 있으며, 도장공장(2)의 VOCs의 종류에 따라 적합한 소재들을 다양하게 충진할 수 있다.

제올라이트는 비석(沸石)이라고도 하는데, 주로 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄규산염 광물의 일종으로(Si,Al)O₄의 사면체가 입체망상으로 결합하고 있는 구조로 골격에 빈틈을 가지게 되는데, 결정구조 내에 있는 양이온의 작용, 분자체 효과, 이온교환성 등의 성질을 가지고서 VOCs를 흡착하여 제거되도록 하며, 다중마이크로웨이브모듈(220)로부터 출력되는 마이크로웨이브에 의한 가온조건 하에서 VOCs가 분리됨으로써 재생될 수 있다.

상기한 바와 같이, 다분할 반응기(211)는 한 쌍을 이루는 다수의 제1,2격벽(211b, 211c), 다수의 제3격벽(211d), 그리고 다수의 다공판(211e)에 의해 형성되는 다수의 통로로 이루어질 수 있다.

다수의 통로 각각은, 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c), 하나의 제3격벽(211d), 하나의 다공판(211e)에 의해 형성되며, 이를 단위반응판(도면부호 미도시)이라 정의할 수 있다. 이러한 단위반응판은 피자 조각형상을 이루며, 제3격벽(211d)이 단위반응판의 원주를 이룬다.

이에 따라 피자 조각형상의 단위반응판이 중심축(211a)을 중심으로 방사상으로 다수 배치되어 다분할 반응기(211)가 형성된다.

본 실시예에서는 50000㎥ 이상의 대형 도장공장(2)에 적합한 휘발성유기화합물 제거시스템(1)을 적용하고자 하는데, 이 경우 탈착영역에서 흡착제에 흡착된 VOCs를 탈착하면서 VOCs 제거 및 흡착제의 재생을 위한 처리풍량이 적어도 1000㎥/min급 이상이 되어야 하며, 이를 위해 다분할 반응기(211)를 이루는 다수의 단위반응판 각각의 크기를 적어도 1000㎥/min 이상의 풍량을 처리하는 크기를 갖도록 해야 한다.

그런데 처리풍량이 500㎥/min급 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 포함된 로터식반응기에서 마이크로웨이브 분산도 모델링(도 10 참고)에 나타난 바와 같이, 500㎥/min급 로터식반응기에서는 단독 및 다중마이크로웨이브모듈의 분산도가 유사함을 알 수 있고, 처리풍량이 1000㎥/min급 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 포함된 로터식반응기에서 마이크로웨이브 분산도 모델링(도 11 참고)에 나타난 바와 같이, 1000㎥/min급 로터식반응기에서는 단독 마이크로웨이브 모듈이 다중마이크로웨이브모듈 대비 분산도가 매우 낮음을 알 수 있다. 여기서, 단독 및 다중마이크로웨이브모듈로부터 출력되는 마이크로웨이브는 2.45GHz급이다.

또한, 단독 및 다중마이크로웨이브모듈이 구비되는 휘발성유기화합물 제거시스템에서 처리풍량에 따른 마이크로웨이브 분산도 표준편차를 나타낸 그래프(도 12 참고)에서도 알 수 있듯이, 처리풍량이 증가할수록 단독 마이크로웨이브 모듈의 분산도의 표준편차가 증가하는 경향을 보이며, 특히 처리풍량이 1000㎥/min급 이상에서는 다중의 마이크로웨이브 모듈이 적용된 반응기가 적용 되어야 하고, 마이크로웨이브 표준편차가 높다는 의미는 분산도가 낮음을 의미하며 이는 흡착제가 재생 가능한 온도까지 올릴 수 없다는 의미이다.

또한, 문헌연구에 의하면, 단독 및 다중마이크로웨이브모듈에서 출력되는 2.45GHz급 마이크로웨이브를 이용하여 VOCs 흡착제를 탈착하는 연구가 많이 이루어지고 있지만, 마이크로웨이브 침투 깊이가 제한적이기 때문에 반응기 부피 또는 크기를 확대하기는 매우 제한적임이 알려지고 있다. 이로 인해 마이크로웨이브를 이용한 1000㎥/min급 VOCs 제거시스템을 개발하기 위해서는 제한된 반응기 부피 또는 크기를 이용해야 되며, 조선소 도장공장에 VOCs 제거시스템을 적용하기 위해서 최소 1000㎥/min급 시스템이 필요하지만, 2.45GHz급 마이크로웨이브의 치명적 한계인 침투 깊이 문제로 인해 처리풍량이 1000㎥/min를 처리할 수 있는 VOCs 제거시스템을 설계할 수 없는 실정이다.

따라서, 상기한 마이크로웨이브 분산도 모델링 및 2.45GHz급 마이크로웨이브 특성을 고려해 볼 때, 50000㎥ 이상의 대형 도장공장(2)에 적합한 휘발성유기화합물 제거시스템(1)을 적용하기 위해서는, 흡착제에 흡착된 VOCs를 탈착하기 위한 열원으로 본 실시예에서 적용하는 다중마이크로웨이브모듈(220)을 이용할 필요가 있고, 다중마이크로웨이브모듈(220)을 적용시키기 위해, 적어도 1000㎥/min 이상의 풍량을 처리할 수 있는 크기를 갖는 단위반응판을 차단판(211f)을 이용하여 마이크로웨이브 조사영역을 2개로 분할시켜 2개의 마이크웨이브 조사영역(221b, 222b) 각각이 적어도 500㎥/min 이상의 풍량을 처리할 수 있는 크기가 되도록 할 필요가 있고, 또한 다중마이크로웨이브모듈(220)을 이용하여 2개의 마이크웨이브 조사영역(221b, 222b)에 마이크로웨이브가 출력되도록 할 필요가 있는데, 이하에서 구체적으로 설명한다.

차단판(211f)은, 다수의 통로(다수의 단위반응판) 각각에서 후술할 다중마이크로웨이브모듈(220)로부터 출력되는 마이크로웨이브가 조사되는 영역이 2개로 나누어지도록, 어느 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c) 중에서 제2격벽(211c)의 내측면과, 이에 이웃하는 다른 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c) 중에서 제1격벽(211b)의 내측면에 연결되도록 다수의 통로 각각에 설치될 수 있다.

차단판(211f)은, 도 9의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 직선, 타원, 브이, 지그재그 형태의 여러가지 형상을 가질 수 있으며, 차단판(211f)의 형상은 마이크로웨이브 분산도 및 마이크로웨이브 반응성에 따라 결정될 수 있다.

차단판(211f)은, 마이크로웨이브가 통과 할 없는 SUS, 알루미늄과 같은 금속 재질을 사용하여 설치될 수 있다.

이러한 차단판(211f)은, 중심축(211a)을 중심으로 외측에 제1조사영역(221b)이 형성되도록 하고, 내측에 제2조사영역(222b)이 형성되도록 설치하되, 제1조사영역(221b)과 제2조사영역(222b)의 크기가 동일 또는 유사하도록 배치될 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이, 단위반응판이 적어도 1000㎥/min 이상의 풍량을 처리할 수 있는 크기일 경우, 2.45GHz급 마이크로웨이브의 분산도 표준편차가 높아(분산도가 낮음) 흡착제를 재생 가능한 온도까지 올릴 수 없으므로, 제1 및 제2조사영역(222b) 각각이 적어도 500㎥/min 이상의 풍량을 처리할 수 있는 크기가 되도록 하기 위함이다.

다중마이크로웨이브모듈(220)은, 다분할 반응기(211)의 다수 단위반응판의 내부에 충진된 VOCs 흡착제를 가열하여 VOCs가 탈착되도록 마이크로웨이브를 출력할 수 있으며, 다분할 반응기(211)의 다수 단위반응판 각각에 설치되는 제1마이크로웨이브모듈(221), 제2마이크로웨이브모듈(222)를 포함할 수 있다.

다중마이크로웨이브모듈(220)은, 다분할 반응기(211) 또는 상하커버부가 일정 각도로 시간차를 두고 회전함에 따라, 다분할 반응기(211)의 다수 단위반응판 중에서 어느 대칭되는 한 쌍의 단위반응판이 탈착영역을 이루는 상하커버부의 제1,2커버(212, 213)에 의해 밀봉되는 될 때, 한 쌍의 해당 단위반응판 각각에 설치된 제1마이크로웨이브모듈(221) 및 제2마이크로웨이브모듈(222)이 구동되어, 한 쌍의 해당 단위반응판의 내부에 충진된 VOCs 흡착제를 가열하여 VOCs가 탈착되도록 할 수 있다.

본 실시예에서는 다중마이크로웨이브모듈(220)이 2개의 마이크로웨이브모듈(221, 222)로 구성되는 것을 예로서 설명하지만, 3개 이상의 마이크로웨이브모듈로 구성될 수 있음은 물론이다.

제1마이크로웨이브모듈(221)는, 2.45GHz급 마이크로웨이브를 출력할 수 있으며, 차단판(211f)에 의해 분할되는 단위반응판의 제1조사영역(221b)에 마이크로웨이브를 조사할 수 있도록, 제3격벽(211d)에 설치될 수 있다.

제1마이크로웨이브모듈(221)로부터 출력되는 마이크로웨이브는, 제3격벽(211d)으로부터 차단판(211f) 방향으로 조사될 수 있다.

이러한 제1마이크로웨이브모듈(221)은, 도파관(221a)을 포함한다.

도파관(221a)은, 제3격벽(211d)으로부터 외측으로 돌출되되, 반사율을 낮출 수 있도록 길이가 90mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 2.45GHz급 마이크로웨이브에서, 도파관(221a)의 길이가 210mm인 경우 반사율이 50% 전후였는데, 90mm인 경우에는 반사율이 10% 이하였다.

제1마이크로웨이브모듈(221)의 도파관(221a) 길이를 상기와 같이 최적화함으로써, 반사율을 줄여 가열 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 로터식반응기(210)가 대형화되더라도 다중마이크로웨이브모듈(220)의 설치로 인한 공간 차지를 줄일 수 있게 한다.

상기한 제1마이크로웨이브모듈(221)는, 혼(horn) 또는 슬롯(slot) 형태의 마이크로웨이브모듈이 적용이 가능하며, 특히 슬롯 형태의 마이크로웨이브모듈 사용시 슬롯의 각도는 0도 ~ 90도까지 가능하다.

제2마이크로웨이브모듈(222)는, 2.45GHz급 마이크로웨이브를 출력할 수 있으며, 다수의 단위반응판 각각의 양측면을 이루는 제1,2격벽(211b, 211c) 사이에 설치될 수 있다.

제2마이크로웨이브모듈(222)은, 제1,2격벽(211b, 211c) 내부에 설치되는 슬롯도파관(222a)을 통해 차단판(211f)에 의해 분할되는 단위반응판의 제2조사영역(222b)에 마이크로웨이브를 조사할 수 있다.

제2마이크로웨이브모듈(222)로부터 출력되는 마이크로웨이브는, 어느 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c) 사이에 설치되는 슬롯도파관(222a)으로부터 이에 이웃하는 다른 한 쌍의 제1,2격벽(211b, 211c) 중에서 제1격벽(211b) 방향으로 조사될 수 있다.

상기한 제2마이크로웨이브모듈(222)는, 혼(horn) 또는 슬롯(slot) 형태의 마이크로웨이브 모듈이 적용이 가능하며, 특히 슬롯 형태의 마이크로웨이브 모듈 사용시 슬롯의 각도는 0도 ~ 90도까지 가능하다.

상기에서, 제1마이크로웨이브모듈(221)로부터 출력되는 마이크로웨이브와 제2마이크로웨이브모듈(222)로부터 출력되는 마이크로웨이브는, 도 8에 도시된 바와 같이, 조사 방향이 직교됨을 알 수 있는데, 만약 상기한 차단판(211f)이 없는 경우 제1마이크로웨이브모듈(221)로부터 출력되는 마이크로웨이브가 단위반응판의 제2조사영역(222b) 까지 조사되면서 제2마이크로웨이브모듈(222)로부터 출력되는 마이크로웨이브와 반응하여 각각의 마이크로웨이브 에너지가 상쇄됨으로 인하여 흡착제의 온도가 올라가지 않게 된다. 이러한 이유로 다중마이크로웨이브모듈(220) 적용 시 흡착제의 온도를 극대화 하기 위해서는 차단판(211f)의 설치가 필요한 것이다.

재생부(300)는, 로터식반응부(200)로부터 재생공기와 함께 유입되는 VOCs를 산화시켜 제거할 수 있으며, 재생공기배관(310), 재생팬(320), 촉매부(330)를 포함할 수 있다. 여기서, 재생부(300)는 제3블록(30)으로 제작될 수 있으며, 제3블록(30)은 재생부(300)를 수용하는 블록으로서, 외측 일면이 로터식반응부(200)를 수용하는 제2블록(20)의 전후좌우 측면 중 어느 한 면에 선택적으로 배치 조립 가능하다.

재생공기배관(310)은, 로터식반응부(200)의 로터식반응기(210)의 재생을 위한 재생공기가 유동하는 통로를 제공하며, 제1 내지 제7재생공기배관(311 내지 317), 제1,2커플러(318, 319)로 구성될 수 있다. 여기서, 제1,2재생공기배관(311, 312)은 기능적인 측면에서는 재생부(300)의 구성요소 일 수 있고, 결합적인 측면에서는 전술한 바와 같이 로터식반응기(210)의 구성요소라 할 수 있다. 이하에서는 기능적인 측면에 기초하여 설명한다.

상기한 재생공기배관(310) 중에서, 제1,2재생공기배관(311, 312) 각각은 다수의 단위반응판 중에서 중심축(211a)을 중심으로 대칭되어 배치되는 2개의 단위반응판 각각의 상하부를 밀봉하도록 마련되는 제1,2커버(212, 213) 각각에 연결될 수 있고, 제3,4재생공기배관(313, 314) 각각은 촉매부(330)로부터 제1,2재생공기배관(311, 312) 각각으로 연장될 수 있다.

이때, 제1,3재생공기배관(311, 313)은 로터식반응부(200)의 입구측에 배치되며, 제2,4재생공기배관(312, 314)은 로터식반응부(200)의 출구측에 배치될 수 있다.

제1재생공기배관(311)과 제3재생공기배관(313)은 제1커플러(318)로 연결되며, 제2재생공기배관(312)과 제4재생공기배관(314)은 제2커플러(319)로 연결될 수 있다.

제1,2커플러(318, 319)는, 제1,2재생공기배관(311, 312)이 연결된 제1,2커버(212, 213)가 2개의 해당 단위반응판 각각을 차단하고 있는 상태에서, 제3블록(30)의 외측 일면이 제2블록(20)의 전후좌우 측면 중 어느 한 면에 선택적으로 배치 조립되더라도 제3,4재생공기배관(313, 314)을 제1,2재생공기배관(311, 312)에 정렬 연결시키도록, 로터식반응기(210)의 회전중심축과 동일 선상에 위치될 수 있다. 이에 따라 재생부(300)를 수용하는 제3블록(30)의 외측 일면이 로터식반응부(200)를 수용하는 제2블록(20)의 전후좌우 측면 중 어느 한 면에 선택적으로 배치 조립하더라도 로터식반응부(200)와 재생부(300) 사이에 작동 문제가 발생되지 않는다.

이를 통해 본 실시예는, 실내공기를 배기 및 복귀시키는 실내공기순환부(100), 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착, 탈착시키는 로터식반응부(200), VOCs를 산화시켜 제거하는 재생부(300) 각각을 블록화하여 다양하게 배치 조립하도록 구성함으로써, 제1블록(10), 제2블록(20), 제3블록(30) 각각은 방향성과 무관하게 상호 조립 설치할 수 있어, 실내공기순환부(100), 로터식반응부(200) 및 재생부(300)를 현장 특성에 따라 자유롭게 변경 배치할 수 있다.

재생팬(320)은, 로터식반응부(200)에서 탈착된 VOCs가 포함된 재생공기, 구체적으로는 제4재생공기배관(314) 상에 마련되어 로터식반응기(210)의 탈착영역에서 탈착된 VOCs가 포함된 재생공기를 배기하여 촉매부(330)로 공급할 수 있다.

재생팬(320)의 상류의 제4재생공기배관(314) 상에는 제1밸브(911) 및 제1온도센서(811)가 마련될 수 있다.

제1밸브(911)는, 제1온도센서(811)에서 측정된 온도를 토대로 VOCs가 포함된 재생공기의 풍량을 조절할 수 있다.

제1온도센서(811)는, 로터식반응기(210)의 탈착영역으로부터 토출되는 VOCs가 포함된 재생공기의 온도를 측정하고, 측정된 온도에 변화를 통해 마이크로웨이브에 의한 VOCs의 탈착여부를 확인 할 수 있게 할 뿐만 아니라, 로터식반응기(210)의 흡착제의 온도를 예측할 수 있게 한다.

이러한 제1온도센서(811)에 측정된 온도에 따라 휘발성유기화합물 휘발성유기화합물 제거시스템(1)의 운전모드를 적합하게 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 운전모드를 제1 내지 제4모드로 설정할 경우, 측정된 온도가 110℃ 이하일 경우 흡착/재생/냉각시간을 60/25/35분으로 하고(제1모드), 측정된 온도가 110℃ ~ 125℃일 경우 흡착/재생/냉각시간을 50/25/25분으로 하고(제2모드), 측정된 온도가 125℃~140℃일 경우 흡착/재생/냉각시간을 40/25/15분으로 하고(제3모드), 측정된 온도가 140℃ 이상일 경우 흡착/재생/냉각시간을 30/25/5분으로 한다(제4모드). 도장공장(2)의 휘발성유기화합물 농도에 따라 다양한 모드를 추가 할 수 있으며, 일례로 농도가 50ppm 이하일 경우에는 120/25/95로 가능하기에 굳이 특정 시간을 제한하지 않는다.

상기와 같이 운전모드를 다양하게 설정하는 것은, 본 시스템이 마이크로웨이브를 이용하여 재생하고, VOCs의 농도가 높을수록 마이크로웨이브 반응성이 우수하기 때문에, VOCs 흡착시 농도가 높으면 높을수록 재생시 흡착제의 온도가 증가하는 경향을 보임을 확인하였고, 또한 조선소 도장공장은 도장공정에 따라 VOCs 농도가 일정하지 않음을 고려한 결과라 할 수 있다. 즉, 운전모드를 도장공정에 따라 가변적으로 관리하고, VOCs 농도에 따라 흡착시간을 가변적으로 관리함으로써, 운전비용을 절감할 수 있다. 이때, VOCs의 농도는 재생시 제1온도센서(811)에서 측정된 온도변화를 통해 자동적으로 운전모드 변경이 가능하며, 제1온도센서(811)에 대한 설정 온도는 현장 조건에 따라 변경 가능함은 물론이다.

촉매부(330)는, 내부에 VOCs 산화촉매제가 충진될 수 있으며, 재생팬(320)으로부터 공급되는 VOCs가 포함된 재생공기를 전달받아 VOCs를 산화시켜 제거할 수 있다. 촉매부(330)는, 하나 또는 그 이상의 촉매부를 직렬 또는 병렬로 배치 구성될 수 있으며, 본 실시예는 제1촉매부(331), 제2촉매부(332)로 구성될 경우를 설명한다.

VOCs가 포함된 재생공기는 촉매부(330)에서 산화 과정을 거치는 동안에 가열되며, 가열된 재생공기는 로터식반응기(210)의 재생에 재활용될 수 있다.

제1촉매부(331)는, 제4재생공기배관(314)과 제3재생공기배관(313) 사이에 설치되는 제1촉매장치(331a)와, 제1촉매장치(331a)에 설치되어 제1촉매장치(331a)의 내부에 충진된 VOCs 산화촉매제를 가열하여 VOCs가 산화되도록 하는 제1가열기(331b)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1촉매부(331)는, 재생팬(320)으로부터 제2,4재생공기배관(312, 314)을 통해 전달받은 재생공기에 포함된 VOCs를 산화하여 제거하고, 이로 인해 정화된 재생공기는 제1,3재생공기배관(311, 313)을 통해 로터식반응기(210)의 탈착영역으로 공급되거나 외부로 배출될 수 있다.

제1가열기(331b)는, 가열수단으로 마이크로웨이브모듈로 구성될 수 있으며, 이외에도 다른 가열수단을 포함할 수 있음은 물론이다.

제1촉매장치(331a)의 상류의 제4재생공기배관(314) 상에는 제2온도센서(812)가 마련될 수 있고, 제1촉매장치(331a)의 하류의 제3재생공기배관(313) 상에는 제3온도센서(813) 및 제2밸브(912)가 마련될 수 있다. 제2밸브(912)는 제3온도센서(813)의 하류에 마련될 수 있다.

제2밸브(912)는, 제2,3온도센서(812, 813)에서 측정된 온도를 토대로 제1촉매장치(331a)로부터 로터식반응기(210)로 직접 공급되는 재생공기의 풍량을 조절할 수 있다.

제2온도센서(812)는, 제1촉매장치(331a)로 유입되는 VOCs가 포함된 재생공기의 온도를 측정할 수 있다.

제3온도센서(813)는, 제1촉매장치(331a)에서 VOCs를 산화한 후의 정화된 재생공기(VOCs가 완전히 산화되지 않을 경우 재생공기에 VOCs가 일정량 포함될 수 있음)의 온도를 측정할 수 있으며, 이때 정화된 재생공기는 VOCs 산화 과정에서 가열된다.

따라서, 제3온도센서(813)에서 측정된 재생공기의 온도가 제2온도센서(812)에서 측정된 재생공기의 온도보다 높을 수 밖에 없으며, 제2,3온도센서(812, 813)에서 측정된 온도를 비교하여 얻어지는 온도 차의 변화를 통해 제1촉매장치(331a)에서 VOCs 산화시 발생하는 연소열의 변화를 실시간으로 확인할 수 있게 한다.

본 시스템에서 재생시 탈착되는 VOCs의 농도가 시간에 따라 다른 경향, 예를 들어, 재생 초기 또는 말기에 VOCs의 농도가 낮은 상태로 제1촉매장치(331a)에 유입되므로 VOCs 산화열을 예측할 수 있는 제3온도센서(813)에서 측정되는 온도의 변화가 거의 없지만, 높은 농도의 VOCs가 제1촉매장치(331a)로 유입될 경우 제3온도센서(813)에서 측정된 온도는 급격하게 증가된다. 이는 VOCs가 산화됨으로 인해 발생한 산화열 때문이며, 이러한 조건에서는 무연료 운전이 가능한 조건이고, 특히 온도가 500℃ 이상 증가할 경우 재생공기의 양을 증가하여 폭발을 방지해야 한다. 따라서 제3온도센서(813)에서 측정된 온도 변화 경향을 통해 재생풍량을 조절하여 본 시스템을 효율적으로 운전할 수 있게 해야 한다.

제2촉매부(332)는, 제3재생공기배관(313)에 연결되는 제5재생공기배관(315)과, 제2촉매장치(332a)와 열교환기(410)를 연결하는 제6재생공기배관(316) 사이에 설치되는 제2촉매장치(332a)와, 제2촉매장치(332a)에 설치되어 제2촉매장치(332a)의 내부에 충진된 VOCs 산화촉매제를 가열하여 VOCs가 산화되도록 하는 제2가열기(332b)를 포함하여 구성될 수 있다.

제2촉매부(332)는, 제1촉매장치(331a)에서 재생공기에 포함된 VOCs를 완전히 산화시키지 못한 VOCs를 제3,5재생공기배관(313, 315)을 통해 재생공기와 함께 전달받아 산화하여 제거하고, 이로 인해 정화된 재생공기는 열교환기(410)를 거치지 않거나 또는 열교환기(410)를 거쳐 제7재생공기배관(317)을 통해 로터식반응기(210)의 탈착영역으로 공급되거나 외부로 배출될 수 있다. 여기서, 제5재생공기배관(315)은, 제3온도센서(813)와 제2밸브(912) 사이의 제3재생공기배관(313)에 연결될 수 있다.

제2가열기(332b)는, 가열수단으로 마이크로웨이브모듈로 구성될 수 있으며, 이외에도 다른 가열수단을 포함할 수 있음은 물론이다.

제2촉매장치(332a)의 상류의 제5재생공기배관(315) 상에는 제4온도센서(814)가 마련될 수 있고, 제2촉매장치(332a)의 하류의 제6재생공기배관(316) 상에는 제5온도센서(815)가 마련될 수 있다. 도시하지 않았지만, 제3온도센서(813)의 하류에 제2밸브(912)와 동일한 구조의 밸브가 마련되어 제2밸브(912)와 유사한 기능을 수행할 수 있음은 물론이다.

제4온도센서(814)는, 제2촉매장치(332a)로 유입되는 VOCs가 포함된 재생공기의 온도를 측정할 수 있다.

제5온도센서(815)는, 제2촉매장치(332a)에서 VOCs를 산화한 후의 정화된 재생공기의 온도를 측정할 수 있으며, 이때 정화된 재생공기는 VOCs 산화 과정에서 가열된다.

따라서, 제4온도센서(814)에서 측정된 재생공기의 온도가 제5온도센서(815)에서 측정된 재생공기의 온도보다 높을 수 밖에 없으며, 제4,5온도센서(814, 815)에서 측정된 온도를 비교하여 얻어지는 온도 차의 변화를 통해 제2촉매장치(332a)에서 VOCs 산화시 발생하는 연소열의 변화를 실시간으로 확인할 수 있게 한다.

상기에서, 제1촉매부(331)는 메인 촉매부라 할 수 있고, 제2촉매부(332)는 보조 촉매부라 할 수 있으며, 제1,2촉매부(331, 332) 중에서 어느 하나의 촉매부가 고장 날 경우 다른 어느 하나의 촉매부로 VOCs를 산화시킬 수 있다.

도면에 도시하지 않았지만, 재생 초기에는 로터식반응기(210)의 탈착영역으로부터 공급되는 VOCs가 포함된 재생공기의 온도가 낮아 촉매효율이 저하될 수 있는데, 촉매효율을 유지하기 위해서 제1촉매부(331)의 전단에 전기히터를 설치할 수 있으며, 이러한 전기히터는 설정된 촉매 온도가 될 때까지 재생 초기에만 작동시킨다. 제2촉매부(332)의 전단에도 전기히터를 설치할 수 있다.

또한, 도면에 도시하지 않았지만, 탈착시 고농도의 VOCs가 제1촉매부(331)로 유입될 경우, VOCs 산화반응 과정에서 폭발될 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위해 제1촉매부(331)의 전단에서 제2촉매부(332)의 전단으로 바이패스배관을 구성할 수 있다. 즉, 제4재생공기배관(314)과 제5재생공기배관(315) 사이에 바이패스배관을 마련함으로써, 로터식반응기(210)의 탈착영역에서 탈착된 VOCs의 일부를 바이패스배관을 통해 제2촉매부(332)로 공급할 수 있어, 고농도의 VOCs로 인한 폭발 위험성을 방지할 수 있다.

열교환부(400)는, 외부공기공급부(500)로부터 로터식반응부(200)로 공급되는 외부공기를 촉매부(330)에서 토출된 고온의 재생공기로 가열하여 로터식반응기(210)의 탈착영역에서 VOCs의 탈착 시간을 단축시킬 수 있으며, 열교환기(410), 히터(420)를 포함할 수 있다. 열교환부(400)는 제3블록(30)에 포함될 수 있다.

열교환기(410)는, 제6재생공기배관(316)과 제7재생공기배관(317) 사이에 설치되어 외부공기공급부(500)로부터 로터식반응부(200)로 공급되는 외부공기를 제2촉매장치(332a)에서 토출된 고온의 재생공기로 가열할 수 있다.

여기서, 제7재생공기배관(317)은, 제2밸브(912) 하류의 제3재생공기배관(313)에 연결될 수 있으며, 제7재생공기배관(317) 상에는 제6온도센서(816)가 마련될 수 있다.

제6온도센서(816)는, 로터식반응기(210)의 탈착영역으로 공급되는 재생공기의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 통해 재생공기의 온도를 실시간으로 확인할 수 있게 한다.

이때, 측정되는 재생공기는, 제1,2촉매장치(331a, 332a)를 통해 정화된 재생공기, 외부공기공급부(500)에서 열교환기(410)를 거친 재생용 외부공기, 열교환기(410)를 거치지 않은 재생용 외부공기일 수 있다.

열교환기(410)에서 고온의 재생공기와 열교환되어 가열된 외부공기는 로터식반응기(210)의 탈착영역에서 다중마이크로웨이브모듈(220)을 이용하여 VOCs가 흡착된 흡착제를 가열할 때, 다중마이크로웨이브모듈(220)의 부담을 덜어 에너지 효율 향상 및 온도 상승 효율을 증대시킬 수 있어, 로터식반응기(210)의 탈착영역에서 VOCs의 탈착 시간을 단축시킬 수 있다. 열교환기(410)에서 열교환된 재생공기는 외부로 배출될 수 있다.

히터(420)는, 열교환기(410)와 로터식반응기(210) 사이의 제7재생공기배관(317) 상에 마련될 수 있으며, 열교환기(410)에서 가열된 재생용 외부공기가 원하는 온도 이하일 때 2차 가열하여 로터식반응기(210)의 탈착영역으로 공급할 수 있다.

히터(420)는 제6온도센서(816)의 하류에 마련될 수 있으며, 제6온도센서(816)의 상류에도 마련될 수 있음은 물론이다.

외부공기공급부(500)는, 재생부(300)에서 정화된 재생공기를 로터식반응부(200)로 공급하는 것과는 별도로 외부공기를 로터식반응부(200)에 재생용으로 공급할 수 있으며, 외부공기를 급기배관(520)을 통해 로터식반응부(200)로 공급하는 급기팬(510)을 포함할 수 있다. 외부공기공급부(500)는, 제3온도센서(813)에서 측정된 온도에 따라 작동될 수 있다. 외부공기공급부(500)는 제3블록(30)에 포함될 수 있다.

급기배관(520)은, 외부공기를 로터식반응기(210)의 탈착영역으로 공급하는 통로를 제공할 수 있으며, 제1급기배관(521), 제2급기배관(522), 제3급기배관(523)으로 구성될 수 있다.

급기팬(510)은, 제1급기배관(521) 상에 마련될 수 있으며, 외부공기를 제2급기배관(522) 또는 제3급기배관(523)을 통해 로터식반응기(210)의 탈착영역으로 공급할 수 있다.

이때, 제2,3급기배관(520)은 제1급기배관(521)으로부터 분지될 수 있다. 제2급기배관(522)은 열교환기(410)에 연결되어 제2촉매장치(332a)에서 토출된 고온의 재생공기와 열교환된 외부공기를 제7재생공기배관(317)으로 보내는 통로를 제공할 수 있다. 제3급기배관(523)은 열교환기(410)를 우회하여 제7재생공기배관(317)에 연결되며, 외부공기를 제7재생공기배관(317)으로 보내는 통로를 제공하여 제1커버(212)와 제2커버(213)를 지나감으로 인해 흡착제를 냉각 시킬 수 있다.

제2급기배관(522) 상에는 제3밸브(913)가 마련될 수 있고, 제3급기배관(523) 상에는 제4밸브(914)가 마련될 수 있다.

상기한 급기팬(510)은, 로터식반응기(210)에서 탈착되어 재생공기와 함께 유입되는 VOCs의 농도가 제1촉매장치(331a)의 산화 처리 능력보다 고농도일 경우, 예를 들어, 제1촉매장치(331a)의 하류에 마련되는 온도센서인 제3온도센서(813)에서 측정된 재생공기의 온도가 설정된 온도보다 높을 경우에 작동되어, 외부공기를 VOCs가 포함된 재생공기와 혼합되도록 함으로써, 로터식반응기(210)의 탈착영역으로부터 토출되는 재생공기에 포함된 VOCs의 농도를 희석시킬 수 있게 한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이다.

이하에서는 도 2를 참조하여 제2실시예에 대해 설명하도록 하는데, 다만 본 실시예에서 제1실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성은, 반드시 동일한 구성을 의미하는 것은 아니다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템(1)은, 도장공장(2)의 다지점에 분산 설치되어 도장공장(2)의 실내공기에 포함된 VOCs를 제거할 수 있으며, 실내공기순환부(100), 로터식반응부(200), 재생부(300), 열교환부(400), 외부공기공급부(500), 제습부(600)를 포함한다. 여기서, 제습부(600)를 제외한 나머지 구성은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 하고, 제1실시예와 다른 구성인 제습부(600)와 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도장공장(2)에서는 법적 규제는 아니나 습도가 높으면(예를 들어, 85% 이상) 도료 부착이 안되고, 도료의 건조를 위해선 온도가 일정 이상이어야 해 열풍을 필요로 한다. 본 실시예는 이를 만족시키기 위해 제습부(600)를 제공한다.

제습부(600)는, 제습제를 이용하여 도장공장(2)의 실내공기에 함유된 습기를 제거할 수 있으며, 제습기(610), 제1 내지 제3배관(621, 622, 623)을 포함한다.

제습기(610)는, 내부에 제습제가 충진되어 있다.

제1배관(621)은, 실내공기를 도장공장(2)과 제습기(610)로 순환시켜 실내공기에 함유된 습기를 제거하도록 하는 통로를 제공할 수 있다. 습기는 제습기(610)에 충진된 제습제에 의해 제거된다.

제2배관(622)은, 촉매부(330)에서 산화에 의해 가열된 상대적으로 고온의 재생공기를 제습기(610)에 공급하여 제습제에 흡착된 습기를 제거하도록 하는 통로를 제공할 수 있다. 이로써 제습기(610)에 충진된 제습제는 재생된다.

제3배관(623)은, 열교환부(400)의 열교환기(410)에서 외부공기와 열교환된 상대적으로 저온의 재생공기를 제2배관(622)의 상대적으로 고온의 재생공기에 합류시켜 제습제에 흡착된 습기를 제거하도록 하는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 경우는, 도장공장(2)에서 온도가 높은 열풍을 필요로 하지 않을 경우이다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템의 개략적인 구성도이다.

이하에서는 도 3을 참조하여 제3실시예에 대해 설명하도록 하는데, 다만 본 실시예에서 제1실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성은, 반드시 동일한 구성을 의미하는 것은 아니다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거시스템(1)은, 도장공장(2)의 다지점에 분산 설치되어 도장공장(2)의 실내공기에 포함된 VOCs를 제거할 수 있으며, 실내공기순환부(100), 로터식반응부(200), 재생부(300), 열교환부(400), 외부공기공급부(500), 바이패스부(700)를 포함한다. 여기서, 바이패스부(700)를 제외한 나머지 구성은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 하고, 제1실시예와 다른 구성인 바이패스부(700)와 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도장공장(2)에 설치된 로터식반응부(200)의 제원은 정해져 있는데, 조선소 도장공장(2)은 도장공정에 따라 VOCs의 농도가 일정하지 않아, 경우에 따라 VOCs의 농도가 로터식반응기(210)에서 처리할 수 없을 정도로 고농도일 경우가 종종 발생하여 로터식반응부(200)의 제원보다 큰 풍량의 배기 처리를 해야 하는 문제가 있으며, 이를 해결할 수 있는 방안이 필요한 실정이다. 본 실시예는 이를 해결할 수 있는 방안으로 바이패스부(700)를 제공한다.

바이패스부(700)는, VOCs가 포함된 실내공기 중 일부가 바이패스배관(710)을 통해 로터식반응부(200)를 우회하여 촉매부(330)로 유입될 수 있도록 구성될 수 있다. 바이패스배관(710)은, 제1바이패스배관(711), 제2바이패스배관(712)을 포함한다.

제1바이패스배관(711)은, 일단부가 환기팬(120)의 하류의 제1실내공기배관(111)에 연결되고, 타단부가 제1촉매장치(331a)의 상류의 제4재생공기배관(314)에 연결되어 VOCs가 포함된 실내공기가 로터식반응부(200)를 우회하여 제1촉매장치(331a)에 유입되는 통로를 제공할 수 있다.

제2바이패스배관(712)은, 일단부가 제1바이패스배관(711)에 연결되고, 타단부가 제2촉매장치(332a)의 상류의 제5재생공기배관(315)에 연결되어 VOCs가 포함된 실내공기가 로터식반응부(200)를 우회하여 제2촉매장치(332a)에 유입되는 통로를 제공할 수 있다.

상기한 바와 같이, VOCs가 포함된 실내공기는 제1바이패스배관(711) 및/또는 제2바이패스배관(712)을 통해 제1촉매장치(331a) 및/또는 제2촉매장치(332a)에 공급될 수 있다.

다시 말해서, VOCs가 포함된 실내공기는, 제1바이패스배관(711)을 통해 제1촉매장치(331a)에만 공급되거나, 제2바이패스배관(712)을 통해 제2촉매장치(332a)에만 공급되거나, 제1,2바이패스배관(711, 712)을 통해 제1,2촉매장치(331a, 332a)에 분배되어 공급될 수 있다.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예들로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착제로 흡착하고, 흡착제에 흡착된 VOCs를 탈착시켜 배출되면 재생되는 로터식반응기(210)를 처리풍량이 적어도 1000㎥/min급 이상이 되도록 구성함으로써, 50000㎥ 이상의 대형 도장공장(2)에서 로터식반응기(210)의 설치 대수를 줄일 수 있어, 전체 설비를 최소화하면서도 대용량의 VOCs를 효율적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 흡착제에 흡착된 VOCs를 탈착하기 위한 열원으로 다중마이크로웨이브모듈(220)을 이용함으로써, 전기히터와 같이 열전도에 의한 가열방식에 비해 에너지효율을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라, VOCs 흡착제 재생시간을 감소시킬 수 있고, 로터식반응기(210)가 대형화되더라도 가열을 통해 탈착 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 실시예는, 다중마이크로웨이브모듈(220)의 도파관(221a) 길이를 최적화함으로써, 반사율을 줄여 가열 효율을 높일 수 있고, 로터식반응기(210)가 대형화되더라도 다중마이크로웨이브모듈(220)의 설치로 인한 공간 차지를 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예는, 실내공기를 배기 및 복귀시키는 실내공기순환부(100), 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착, 탈착시키는 로터식반응부(200), VOCs를 산화시켜 제거하는 재생부(300) 각각을 블록화하여 다양하게 배치 조립하도록 함으로써, 실내공기순환부(100), 로터식반응부(200) 및 재생부(300)를 현장 특성에 따라 자유롭게 변경 배치할 수 있어, 설치 공간에 따른 효율적인 배치 조립을 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 외부공기를 로터식반응부(200)에 재생용으로 공급하는 외부공기공급부(500)를 구성하고, 재생공기배관(310)에 배치된 다수의 온도센서(811 내지 816)로 재생공기의 온도를 측정하여 농도를 추정하도록 구성함으로써, 측정된 온도에 따라 외부공기를 추가 공급할 수 있어 고농도의 VOCs에 대해서도 촉매부(330)의 성능 저하를 방지할 수 있고, 측정된 온도를 토대로 VOCs의 농도를 추정할 수 있어 현실적으로 불가한 농도 측정 없이도 농도에 따른 시스템 제어를 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 촉매부(330)에서 재생공기와 함께 유입되는 VOCs의 산화 과정에서 가열된 재생공기를 로터식반응부(200)에 재활용하도록 구성함으로써, VOCs의 탈착 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 실시예는, 외부공기공급부(500)로부터 로터식반응부(200)로 공급되는 외부공기를 촉매부(330)에서 토출된 고온의 재생공기로 가열하는 열교환부(400)를 구성함으로써, VOCs의 탈착 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 본 실시예는, 제습제를 이용하여 실내공기에 함유된 습기를 제거하기 위한 제습부(600)를 구성하되, 촉매부(330)에서 산화에 의해 가열된 재생공기를 제습제의 재생에 사용함으로써, 제습제의 재생에 필요한 열에너지를 절감할 수 있다.

또한, 본 실시예는, VOCs가 포함된 실내공기 중 일부가 로터식반응부(200)를 우회하여 촉매부(330)로 유입되도록 구성함으로써, 로터식반응기(210)의 제원보다 큰 풍량의 배기 처리를 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 재생공기배관(310)에 다수의 온도센서(811 내지 816)를 장착하여 실시간으로 시스템에 대한 온도 변화 경향을 모니터링함으로써, 다양한 VOCs 농도 조건에서도 운전모드를 VOCs 농도에 따라 가변 운전할 수 있어, VOCs 제거 시스템의 효율적인 운용 및 운전 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 전체설비 최소화, 에너지효율 증진, VOCs 흡착제 재생시간 감소에 따라 시스템 유지비용을 절감할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 휘발성유기화합물 제거시스템 2: 도장공장
10: 제1블록 100: 실내공기순환부
110: 실내공기배관 111: 제1실내공기배관
112: 제2실내공기배관 120: 환기팬
130: 필터
20: 제2블록 200: 로터식반응부
210: 로터식 반응기 211: 다분할 반응기
211a: 중심축 211b: 제1격벽
211c: 제2격벽 211d; 제3격벽
211e: 다공판 211f: 차단판
212: 제1커버 213: 제2커버
220: 다중마이크로웨이브모듈 221: 제1마이크로웨이브모듈
221a: 도파관 221b: 제1조사영역
222: 제2마이크로웨이브모듈 222a: 슬롯도파관
222b: 제2조사영역
30: 제3블록 300: 재생부
310: 재생공기배관 311: 제1재생공기배관
312: 제2재생공기배관 313: 제3재생공기배관
314: 제4재생공기배관 315: 제5재생공기배관
316: 제6재생공기배관 317: 제7재생공기배관
318: 제1커플러 319: 제2커플러
320: 재생팬 330: 촉매부
331: 제1촉매부 331a: 제1촉매장치
331b: 제1가열기 332: 제2촉매부
332a: 제2촉매장치 332b: 제2가열기
400: 열교환부 410: 열교환기
420: 히터
500: 외부공기공급부 510: 급기팬
520: 급기배관 521: 제1급기배관
522: 제2급기배관 523: 제3급기배관
600: 제습부 610: 제습기
621: 제1배관 622: 제2배관
623: 제3배관
700: 바이패스부 710: 바이패스배관
711: 제1바이패스배관 712: 제2바이패스배관
811: 제1온도센서 812: 제2온도센서
813: 제3온도센서 814: 제4온도센서
815: 제5온도센서 816: 제6온도센서
911: 제1밸브 912: 제2밸브
913: 제3밸브 914: 제4밸브

Claims (3)

1. 도장공장의 실내공기에 포함된 VOCs를 흡착제로 흡착하고, 흡착된 상기 VOCs를 상기 흡착제로부터 탈착시켜 배출되면 재생되는 로터식반응부;
   상기 로터식반응부로부터 재생공기와 함께 유입되는 상기 VOCs를 촉매부에서 산화하여 제거하는 재생부; 및
   상기 도장공장의 상기 실내공기에 포함된 수분을 제습제로 흡착하고, 수분이 제거된 상기 실내공기를 상기 도장공장으로 되돌려 상기 도장공장 내부를 제습하는 제습부를 포함하고,
   상기 제습부는,
   상기 촉매부로부터 토출되는 고온의 상기 재생공기를 이용하여 상기 제습제를 재생시키며,
   상기 도장공장의 상기 실내공기의 흐름 기준으로 상기 로터식반응부와 병렬로 배치되고,
   상기 재생공기의 흐름 기준으로 상기 로터식반응부 및 상기 촉매부와 직렬로 배치되고,
   상기 로터식반응부와 독립적으로 상기 도장공장의 상기 실내공기를 흡입하여 제습해 상기 도장공장에 순환시키는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제습부는,
   상기 제습제가 충진된 제습기;
   상기 실내공기를 상기 도장공장과 상기 제습기로 순환시켜 습기를 제거하도록 하는 제1배관; 및
   상기 촉매부에서 산화에 의해 가열된 상대적으로 고온의 상기 재생공기를 상기 제습기에 공급하여 상기 제습제에 흡착된 습기를 제거하도록 하는 제2배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거시스템.
3. 제1항에 있어서,
   외부공기를 상기 로터식반응부에 재생용으로 공급하는 외부공기공급부; 및
   상기 외부공기를 상기 촉매부로부터 토출되는 고온의 재생공기로 가열하는 열교환부를 포함하고,
   상기 열교환부에서 상기 외부공기와 열교환된 상대적으로 저온의 상기 재생공기를 상기 상대적으로 고온의 상기 재생공기에 합류시켜 상기 제습제에 흡착된 습기를 제거하도록 하는 제3배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거시스템.

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