KR102584115B1 - 오염 가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염 가스 처리 장치에 관한 것으로서, 오염 가스 발생 시설(H) 외부로 오염 가스를 배출시키기 위한 배관 형태의 오염 가스 이송부(100); 상기 오염 가스 이송부(100)를 따라 이동하는 오염 가스에 오존을 공급하기 위한 오존 공급부(300); 및 상기 오염 가스 이송부(100)를 통하여 유입된 오염 가스와 오존이 반응할 수 있는 시간 및 공간을 제공하기 위한 반응챔버(200)를 포함하되, 상기 반응챔버(200)의 내부에는 오염 가스 및 오존의 이동경로를 증가시키기 위한 지그재그 형태의 경로 연장 격벽(210)이 구비되고, 상기 오존 공급부(300)는 상기 오염 가스 이송부(100) 내로 직접 오존을 분사하는 오존 분사부(330)를 포함하되, 상기 오존 분사부(330)에는 다수 개의 오존 배출공(331)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

오염 가스 처리 장치 {Gaseous Pollutants Purifying Apparatus}
본 발명은 축사 또는 비료 생산 공장 등과 같은 대규모 오염 가스 발생 시설에서 배출되는 오염 가스를 처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 오존 또는 OH 라디칼(하이드록시 라디칼)을 이용하여 오염 가스 발생 시설로부터 배출되는 오염 가스의 탈취/살균이 가능한 오염 가스 처리 장치에 관한 것이다.
제한된 공간 내에서 다수의 가축을 사육하는 축사, 또는 유기물질을 이용하여 비료를 생산하는 생산 시설 등의 공기 중에는 악취성분 및 먼지 뿐만 아니라, 각종 세균과 바이러스의 밀도가 높아지게 된다. 적절한 작업 환경을 유지하기 위해서는 시설의 환기가 무엇보다도 중요하다. 그렇지만 시설에서 배출되는 악취를 포함한 공기가 그대로 배출될 경우 시설 주변에 거주하는 주민들의 거주 환경에 직접적인 영향을 미치게되므로, 시설에서 발생한 악취 문제를 해결하기 위한 적절한 수단이 필요하다.
시설 내의 악취를 감소시킴과 동시에 살균 효과를 얻기 위해서, 시설 내에 오존을 공급하는 방식이 제안되고 있다(특허문헌 3). 오존의 살균 및 악취 제거 효과와 관련해서는 많은 연구 결과가 있어왔고, 이를 이용한 제품들도 다수 만들어지고 있다. 특히 저온 플라즈마 반응을 이용하여 발생하는 오존에 의해 공기 중에 포함된 악취 성분 또는 휘발성 유기 화합물 등의 오염물질을 제거하는 방식은 현재에도 일부 축사에 적용되고 있다. 그렇지만, 오존은 악취 제거 및 살균과 같은 효과를 가지고 있음에도 불구하고, 가축 및 인체에 유해하기 때문에 오존을 이용할 때에는 축사 실내에 있는 인력 또는 가축에 대한 관리가 반드시 필요하였다.
더 나아가, 물탱크에 저장된 물에 오존을 용존시키고, 오존이 용존된 물(일반적으로, '오존수'라는 명칭으로 불리고 있음)을 시설 내에 분사하여 악취를 제거하는 기술이 제안되고 있다(특허문헌 1 및 2). 오존이 물에 용존되면 OH 라디칼이 형성되는데, 이는 화학적으로 매우 활성이 높아 공기 또는 물속의 박테리아, 바이러스, 곰팡이균,악취를 발생시키는 각종 유해가스 물질 등과 화학 반응을 일으켜 산화시키는 것으로 알려져 있다. 오존의 분해 속도는 pH에 크게 영향을 받는데 이는 OH 라디칼에 의해 스스로 분해될 수 있는 특성(self-decomposition)을 가지기 때문이다. 즉 오존은 산성에서는 안정된 상태로 유지되나 알카리성으로 갈수록 분해 속도가 빨라진다. 그리고 오존은 초기 형성된 OH 라디컬에 의해 분해가 시작되어 중간 생성 물질로 hydroperoxy 라디칼(HO2-), superoxide 라디칼(O2-), ozonide 라디칼(O3-)의 중간경로를 거쳐 OH 라디칼을 생성하게 된다.
OH 라디칼 역시 안전성을 완전히 담보할 수는 없으므로, 시설 내에 살포할 때 시설 내에 존재하는 인력 및 가축에 대한 관리가 반드시 필요하다. 더 나아가, 물속에서의 OH 라디컬의 반감기는 대략 20분 내외로 알려져 있는데, 오존의 용존 과정에서 실제 분사 과정까지의 시간 사이에 분해되는 OH 라디칼의 비율이 상당하고, 실제로 악취 제거/살균에 사용되는 OH 라디칼의 양은 오존의 용존에 의하여 생성된 OH 라디칼의 양에 비하여 현저하게 적게된다.
그러므로 시설 내에 오존 또는 OH 라디칼을 직접 살포하는 방식을 적용하기에는 적합하지 않은 경우가 많은데, 이 경우 시설에서 발생하는 오염 가스를 시설 외부로 유도한 다음, 오존 또는 OH 라디칼을 이용하여 처리하는 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 이 경우 오염 가스가 오존 또는 OH 라디칼과 반응하는 시간 및 공간을 확보하기 위해서는 시설이 대형화 될 수 밖에 없었다(도 1 참조).
등록특허공보 제10-0585960호 (공고일: 2006.06.07.) 등록특허공보 제10-1546159호 (공고일: 2015.08.20.) 등록특허공보 제10-1888373호 (공고일: 2018.08.14.) 등록특허공보 제10-0794236호 (공고일: 2008.01.15.)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비교적 소형인 설비로도 대량의 오염 가스를 효과적으로 처리할 수 있도록, 작은 공간에서도 오존 또는 OH 라디칼이 오염 가스와 효과적으로 반응하도록 하는 오염 가스 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 오염 가스 처리 장치에 관한 것으로서, 오염 가스 발생 시설(H) 외부로 오염 가스를 배출시키기 위한 배관 형태의 오염 가스 이송부(100); 상기 오염 가스 이송부(100)를 따라 이동하는 오염 가스에 오존을 공급하기 위한 오존 공급부(300); 및 상기 오염 가스 이송부(100)를 통하여 유입된 오염 가스와 오존이 반응할 수 있는 시간 및 공간을 제공하기 위한 반응챔버(200)를 포함하되, 상기 반응챔버(200)의 내부에는 오염 가스 및 오존의 이동경로를 증가시키기 위한 지그재그 형태의 경로 연장 격벽(210)이 구비되고, 상기 오존 공급부(300)는 상기 오염 가스 이송부(100) 내로 직접 오존을 분사하는 오존 분사부(330)를 포함하되, 상기 오존 분사부(330)에는 다수 개의 오존 배출공(331)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 가스 이송부(100)를 따라서 이동하는 오염 가스가 회전하면서 이동하도록 하는 나선 형태의 소용돌이 발생수단(600)을 더 포함하되, 상기 다수 개의 오존 배출공(331)을 통하여 배출되는 오존과 상기 회전하면서 이동하는 오염 가스는 서로 부딪혀 난류를 형성하여 오염 가스와 오존의 혼합이 촉진되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 오존 배출공(331)은 상기 오존 분사부(330)의 면과 수직으로 형성되어 있어, 상기 오존 배출공(331)을 통하여 배출되는 오존은 상기 오존 분사부(330) 주변을 감싸는 형태로 회전하는 속도 성분을 가지게 되되, 상기 소용돌이 발생수단(600)을 통하여 회전하며 진행하는 오염 가스와는 회전 방향이 반대로 형성됨으로써, 상기 오존의 흐름과 상기 오염 가스의 흐름이 부딪혀 난류를 형성하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 회전하는 회전 메시(220)를 더 포함하되, 상기 회전 메시(220)는 중심축을 중심으로 회전함으로써, 상기 오염 가스 이송부(100)를 통하여 이송된 오염 가스와 오존의 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 회전 메시(220)에는 물 또는 오존수를 주기적으로 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 오염 가스 처리 장치는 오염 가스의 이동 경로 상에 오존을 공급하되, 오존을 다수의 오존 배출공을 통하여 공급함으로써 오염 가스와 오존이 쉽게 섞일 수 있도록 한다. 더 나아가, 오존 배출공을 통하여 공급되는 오존의 흐름과 오염 가스의 흐름이 부딪혀 난류가 형성되도록 함으로써, 오존과 오염 성분의 반응이 촉진되도록 한다. 더 나아가, 중심축을 중심으로 회전하는 회전 메시를 구비함으로써, 오존과 오염 물질의 반응 시간을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 오존을 이용한 오염 가스 처리 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 오염 가스 처리 장치의 전체적인 구성을 도시한 것이다.
도 3 는 오존 발생 장치의 일례를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 다양한 실시예에 따른 오존 분사부를 도시한 것이다.
도 7 및 도 9는 다양한 실시예에 따른 반응 챔버를 도시한 것이다.
도 8은 처리 가스 배출부를 도시한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 오염 가스 처리 장치의 전체적인 구성을 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 오염 가스 처리 장치의 전체적인 구성을 도시한 것이다. 축사 또는 비료 생산 시설과 같은 오염 가스 발생 시설(H)에서 발생한 황화수소(H2S), 암모니아(NH3) 등의 고악취 오염 가스는 오염 가스 이송부(100)를 통하여 반응챔버(200)로 유입된다. 오염 가스 이송부(100)는 통상적으로 배관(파이프) 형태의 구조물로서, 오존 공급부(300)와 이어지는 오존 공급 배관(320)과 연결되어 있다. 오염 가스 이송부(100)를 흐르는 오염 가스는 이동 과정에서 오존 공급 배관(320)을 통하여 공급되는 오존과 섞인 후 반응챔버(200)로 이동하게 된다.
오존과 섞인 오염 가스는 반응챔버(200) 내에서 상당 시간 체류하면서, 오염 가스 중에 포함된 악취 성분 또는 휘발성 유기 화합물 등의 오염물질이 상당 수준 제거되고, 처리 가스 배출부(500)를 통하여 외부로 배출된다. 이 때, 처리 가스 배출부(500)에서는 잔류하는 오염물질을 최종적으로 제거하기 위하여 OH 라디칼이 포함된 오존수를 분사할 수 있는 시설이 구비될 수 있다. 바람직하게는, 반응챔버(200)와 처리 가스 배출부(500) 사이에는 임펠러 등과 같은 공기펌프(400)가 구비되어, 반응챔버(200) 내에 있는 오염 가스를 처리 가스 배출부(500) 쪽으로 유도하게 된다.
오존 공급부(300)로는, 도 3에 도시된 종래의 오존 발생 장치를 이용할 수 있다. 도 3에 도시된 오존 발생기는 본 발명의 발명자가 개발하고 특허등록(등록번호 제10-1800230)을 받은 것으로서, 흡입구(111)를 통하여 흡입된 공기를 이용하여 오존 발생 유닛(130)에 의하여 오존을 발생시킨 뒤, 오존을 배출구(112)로 배출하는 구조를 가지고 있다. 구체적으로 오존 발생 유닛(130)의 구성을 도 2(b)을 통하여 살펴보면, 전원공급구(131)가 전기전도체(134,135)에 전력을 공급하면, 세라믹 튜브(136)와 전기 전도체(134) 사이에 플라즈마가 발생하고, 플라즈마는 다시 오존 라디칼을 생성하게 된다. 참고로 오존 공급부(300)는 오존을 공급할 수도 있지만, 오존이 물과 혼합되어 형성되는 OH 라디칼을 공급할 수도 있다.
도 4는 오염 가스 이송부(100) 내에 구비된 오존 분사부(330)를 도시한 것이다. 오존 분사부(330)의 일단에는 오존 공급 배관(320)이 연결되어 있어 오존 발생기(310)로부터 오존을 공급받고, 오존 분사부(300)에 형성된 다수 개의 오존 배출공(331)을 통하여 오존이 오염 가스 이송부(100)의 배관 내로 배출된다. 이 때, 오염 가스 이송부(100) 내를 흐르는 오염 가스와 오존의 혼합을 원활하게 하기 위해서, 오존 배출공(331)은 오존 공급 배관(320)의 직경과 비교하여 작은 사이즈로 다수 개로 형성되되, 오존 분사부(330) 주위로 고르게 분포되도록 형성되는 것이 바람직하다. 오존은 오존 분사부(330) 주위로 형성된 다수 개의 오존 배출공(331)을 통하여 고르게 분사되되, 오염 가스 이송부(100) 내를 흐르는 오염 가스와는 수직인 방향으로 부딪히게 되므로 난류가 발생하게 되고, 그로 인하여 오존과 오염 가스의 혼합이 원활하게 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 분사부(330)의 구성을 도시한 것이다. 오존 분사부(330) 주위에 소용돌이 발생수단(600)이 형성되는데, 소용돌이 발생수단(600)은 오염 가스의 이송부(100)의 배관 구조물과 동축으로 형성된 나선형 구조물일 수 있다. 오염 가스 이송부(100)를 따라 흐르던 오염 가스는 오존 분사부(330) 주위에서 나선형의 소용돌이 발생수단(110)에 부딪히게 됨으로써, 오염 가스 이송부(100) 주변을 따라 회전하는 기류를 형성하게 되는데, 이 상태에서 오염 가스는 다수 개의 오존 배출공(331)을 통하여 배출되는 오존과 혼합된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오존 분사부(330)의 구성을 도시한 것이다. 오존 분사부(330) 주위에 형성된 다수 개의 오존 배출공(331)은 오존 분사부(330)의 면과 평행에 가까운 방향(접선 방향)으로 오존을 분사할 수 있도록, 오존 분사부(330)의 면과 수직에 가깝게 형성된다. 즉, 도 4 또는 도 5의 실시예에서 오존 배출공(3310)이 오존 분사부(330)의 면과 수직인 방향으로 오존이 배출되었다면, 도 6의 실시예서는 오존 자체가 오존 분사부(330) 주위를 감싸는 형태로 소용돌이를 형성하게 된다. 더 나아가, 소용돌이 발생수단(600)에 의하여 일 방향으로 회전하면서 이동하는 오염 가스가 역시 소용돌이를 형성하는 오존과 부딪히게 되는데, 이 때 많은 양의 와류가 발생하게 되어 오염 가스와 오존의 혼합이 원활하게 된다. 이 때 바람직하게는, 소용돌이 발생수단에 의하여 발생하는 오염 가스의 회전 방향과 오존 배출공(331)을 통하여 배출된 오존의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 소용돌이 발생수단(600)의 구조물과 오존 배출공(331)의 형성 방향으로 조절하는 것이 바람직하다. 소용돌이 발생수단(600)은 도 5의 실시예처럼 오존 분사부(330)에 부착 설치될 수도 있고, 도 6의 실시예처럼 오존 분사부(330)와는 이격된 상태로 오염 가스 이송부(100)의 배관 내에 부착 형성되는 것도 가능하다.
도 7은 반응챔버(200)의 구성을 도시한 것이다. 반응챔버(200)는 오염 가스 이송부(100)를 통하여 유입된 오염 가스와 오존이 반응하기 위한 공간 및 시간을 제공하기 위한 요소이다. 반응 시간을 늘이기 위해서는 이동 경로가 긴 것이 바람직한데, 제한된 공간 내에서 이동 경로를 늘이기 위하여 반응챔버(200) 내주면에는 지그재그 형태의 경로 연장 격벽(210)이 형성될 수 있다.
도 8은 처리 가스 배출부(500)를 도시한 것인데, 반응챔버(200) 내에서 오존과 반응하여 정화가 이루어진 공기를 외부로 배출하기 위한 요소이다. 정화가 이루어진 공기는 상단이 개방된 처리 가스 배출로(510)를 통하여 외부로 배출되는데, 바람직하게는 오존수 공급관(521)을 통하여 공급되는 오존수를 오존수 분사기(520)를 통하여 분사하여 최종적으로 박테리아, 바이러스, 곰팡이균,악취를 발생시키는 각종 유해가스 물질 등과 화학 반응을 일으켜 산화시키게 된다.
도 9는 반응챔버(200)의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 반응챔버(200) 내에 회전 메시(220)가 구비되어 있는데, 회전 메시(220)는 중심축을 중심으로 회전하는 메시형 구조물로서, 반응챔버(200) 내로 유입된 오염 가스와 오존의 반응을 촉진하도록 난류를 발생시키게 된다. 더 바람직하게는, 회전 메시(220) 주변에 물 또는 오존수를 일정 주기로 분사하게 되면 회전 메시(220)의 메시 구조물에는 물 또는 오존수가 맺힌 상태로 오존 및 오염 가스와 맞닿게 되고, 오염물질 제거 효과를 한층 증가시킬 수 있게 된다.
100: 오염 가스 이송부
200: 반응챔버 210: 경로 연장 격벽
220: 회전 메시
300: 오존 공급부 310: 오존 발생기
320: 오존 공급 배관 330: 오존 분사부
331: 오존 배출공
400: 공기펌프
500: 처리 가스 배출부 510: 처리 가스 배출로
520: 오존수 분사기 521: 오존수 공급관
600: 소용돌이 발생수단
H: 오염 가스 발생 시설

Claims (5)

  1. 오염 가스 처리 장치에 관한 것으로서,
    오염 가스 발생 시설(H) 외부로 오염 가스를 배출시키기 위한 배관 구조물을 포함하는 오염 가스 이송부(100);
    상기 오염 가스 이송부(100)를 따라 이동하는 오염 가스에 오존을 공급하기 위한 오존 공급부(300); 및
    상기 오염 가스 이송부(100)를 통하여 유입된 오염 가스와 오존이 반응할 수 있는 시간 및 공간을 제공하기 위한 반응챔버(200)를 포함하되,
    상기 반응챔버(200)의 내부에는 오염 가스 및 오존의 이동경로를 증가시키기 위한 지그재그 형태의 경로 연장 격벽(210)이 구비되고,
    상기 오존 공급부(300)는 상기 오염 가스 이송부(100) 내로 직접 오존을 분사하는 오존 분사부(330)를 포함하되, 상기 오존 분사부(330)에는 다수 개의 오존 배출공(331)이 형성되어 있으며,
    상기 오염 가스의 이송부(100)의 배관 구조물과 동축으로 형성된 나선형 구조물로서 상기 오염 가스 이송부(100)를 따라서 이동하는 오염가스가 회전하면서 이동하도록 하는 소용돌이 발생수단(600)을 더 포함하되, 상기 다수 개의 오존 배출공(331)을 통하여 배출되는 오존과 상기 회전하면서 이동하는 오염 가스는 서로 부딪혀 난류를 형성하여 오염 가스와 오존의 혼합이 촉진되며,
    상기 오존 배출공(331)이 상기 오존 분사부(330)의 면과 수직으로 형성되어 있어, 상기 오존 배출공(331)을 통하여 배출되는 오존은 상기 오존 분사부(330) 주변을 감싸는 형태로 회전하는 속도 성분을 가지게 되되, 상기 소용돌이 발생수단(600)을 통하여 회전하며 진행하는 오염 가스와는 회전 방향이 반대로 형성됨으로써, 상기 오존의 흐름과 상기 오염 가스의 흐름이 부딪혀 난류를 형성하는 것을 특징으로 하는 오염 가스 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 반응챔버(200) 내에 구비되어 회전하는 회전 메시(220)를 더 포함하되,
    상기 회전 메시(220)는 중심축을 중심으로 회전함으로써, 상기 오염 가스 이송부(100)를 통하여 이송된 오염 가스와 오존의 혼합물의 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 오염 가스 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 회전 메시(220)에 물 또는 오존수를 주기적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 오염 가스 처리 장치.
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