KR20030029415A - 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염된 공기에서 악취와 휘발성 유기물질을 처리하는 장치에 관한 것이다.

이 오염공기 처리장치는 오염공기 유입구와;상기 유입구의 일단에 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와; 이 전처리 챔버의 출구 단부에 연결되고, 내부에는 복수의 칸막이를 구비하여 그 내면에 TiO₂계 광촉매가 도포된 하니콤형 격자틀이 일정 거리를 두고 다단으로 설치되며, 각각의 격자틀 사이에는 오존발생 UV램프가 설치되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화 반응처리하기 위한 광산화반응 챔버와; 상기 광산화반응 챔버의 출구 단부에 연결되고 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단을 구비하여 상기 광산화반응 챔버를 통과한 공기에 함유된 잔류오존을 제거하기 위한 후처리 챔버와; 상기 후처리 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 오염공기 처리장치에 의하여 산업 및 상업시설에서 발생되는 유해물질을 함유한 오염공기를 효과적이고, 경제적으로 처리할 수 있다.

Description

오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치{Apparatus for eliminating the stench and volatile organic compounds in the polluted air}

본 발명은 오염된 공기에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TiO₂계 광촉매를 사용한 광산화 (photo-oxidation)반응 및 오존발생 UV-램프에 의한 오존산화반응을 통하여 오염된 공기를 처리하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 다양한 산업시설 또는 음식점등과 같은 상업용 시설에서 배기되는 공기는 악취가 심하고, 인체 및 자연환경에 유해한 휘발성 유기물질(VOC)을 다량 포함하고 있다. 따라서, 이러한 오염된 공기는 유해물질을 처리할 수 있는 장치를 통하여 악취를 제거하고, 유해한 휘발성 유기물질을 무해하게 처리한 후 대기중으로 배기되어야 한다.

종래의 오염공기 처리장치들은 활성탄에 의한 흡착방법이나 산화흡착방법을 사용하여 왔으나, 이러한 방법에 의하는 장치들은 규모가 대형화되고, 소요 비용이 높으며, 또한 그 처리결과도 만족스럽지 못하였다.

이에, 독일의 "바이오클라이메틱(Bio Climatic)"사에서는 UV 광산화반응 및 오존산화반응을 이용하여 오염된 공기중에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하는 장치를 개발하였는데, 도 1은 상기 독일사의 오염공기 처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 그 구성을 살펴보면 오염공기의 유입구(1)와, 필터(3)를 구비하여 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버(5)와; 오존발생 UV램프(7)가 설치되어 상기 전처리 챔버(5)를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화 반응처리하는 광산화반응 챔버(9)와; 탄소가 충진된 흡착수단(11)을 구비하여 상기 광산화반응 챔버(9)를 통과한 공기중에서 미처리된 물질들을 흡착처리하기 위한 흡착 챔버(13) 및 배기구(15)를 포함하고 있다.

즉, 상기한 오염공기 처리장치에서는 오염된 공기가 전처리 챔버(5)를 거치면서 먼지입자가 걸러지고, 광산화반응 챔버(9)를 거치면서 악취와 유기화합물이 분해 및 산화되며, 흡착 챔버(13)를 거치면서 잔류유해물질이 흡착 처리된 후 배기된다.

그러나, 상기 처리장치에서와 같이 UV램프만을 사용하는 광산화 및 오존산화반응에 의해서는 악취나 휘발성 유기 물질의 처리 효율이 약 8 내지 9%에 지나지 않는다. 따라서, 부득이 상기한 오염공기 처리장치에서도 광산화반응 및 오존산화반응에서 처리되지 못한 대부분의 잔존유해물질을 제거하기 위하여 흡착 챔버(13)를 구비하여 탄소흡착처리를 하도록 구성되어 있는 것이다. 이는 기존의 방법을 답습하고 있는 것으로 사용상 편리하지 못하고, 처리효율도 떨어지며, 또한 이러한탄소흡착처리를 위한 흡착수단(11)은 2 내지 3개월 단위로 교체해 주어야 하는 등, 그 유지 및 보수 비용을 크게 상승시키는 요인이 되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 광촉매를 사용하여 광산화반응의 효율을 극대화할 수 있는 오염공기 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광산화 및 오존산화 반응에서의 악취와 휘발성 유기 물질 처리 효율을 향상시켜 이후의 탄소흡착처리가 요구되지 않는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 오존을 사용한 산화반응 처리후 잔류하는 오존을 효과적으로 처리할 수 있는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 3a 및 도 3b는 도 2의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치의 광촉매반응 챔버의 평단면도 및 측단면도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 5는 도 4의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치의 후처리 챔버의 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

51, 151: 유입구 53a,53b,153a,153b: 필터

55, 155: 전처리 챔버 57, 157: 오존발생 UV 램프

58, 158: 하니콤형 격자틀 59, 159: 광촉매반응 챔버

61, 161: 오존제거수단 63, 163: 후처리챔버

65, 165: 공기 배출구

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질를 처리하는 장치는 오염공기 유입구와; 상기 유입구의 일단에 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와; 상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연결되고, 내부에는 복수의 칸막이를 구비하여 그 내면에 TiO₂계 광촉매가 도포된 하니콤형 격자틀이 일정 거리를 두고 다단으로 설치되며, 각각의 격자틀 사이에는 오존발생 UV램프가 설치되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응 처리하기 위한 광산화반응 챔버와; 상기 광산화반응 챔버의 출구 단부에 연결되고 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단을 구비하여 상기 광산화반응 챔버를 통과한 공기에 함유된 잔류오존을 제거하기 위한 후처리 챔버와; 상기 후처리 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성된다.

상기 후처리 챔버의 오존제거수단은 비스듬히 배열되는 하나 이상의 플레이트로 구성되는 트레이형으로 형성될 수 있으며, 또는 복수의 셀을 형성하도록 내부를 가로지르는 가로 또는 세로 방향의 복수의 칸막이를 구비하는 하니콤형으로 형성될 수도 있다.

상기 전처리 챔버의 내부에 구비되는 상기 필터는 오염된 공기중의 먼지입자를 걸러주기 위한 제 1 필터와 미세 먼지 입자를 걸러주기 위한 제 2 필터로 구성될 수 있다.

또한, 상기 오존반응촉매는 MnO₂를 포함하는 것이 바람직하나 이에 대한 제한을 두는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질 처리장치를 도시한 개략적 단면도이다. 그 구성을 자세히 살펴보면, 오염공기가 유입되는 유입구(51)의 일단에 전처리 챔버(55)가 연결되고, 이 전처리 챔버(55)의 내부에는 공기의 흐름방향을 가로질러 필터(53a,53b)가 구비되어 있어, 유입구(51)를 통하여 유입된 오염공기가 이 필터(53a,53b)를 거치면서 먼지입자가 걸러지게 된다. 이때 상기 필터는 도시된 바와 같이 이중구조로 형성될 수 있는데, 제 1 필터(53a)는 통상 크기의 먼지를 걸러줄 수 있는 통상의 필터 입자를 갖도록 형성되고, 제 2 필터(53b)는 이보다 미세한 먼지를 걸러줄 수 있도록 제 1 필터(53a)보다 미세한 필터입자를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 화학처리 이전에 물리적인 정화효율을 향상시키게 된다.

상기 전처리 챔버(55)의 출구 단부에는 광산화반응 챔버(59)가 연결되는데, 이 광산화반응 챔버(59) 내부에는 하니콤형 격자틀(58)이 공기흐름 방향에 수직으로 설치된다. 이때 상기 하니콤형 격자틀(58)은 공기 흐름을 따라 일정거리를 두고 다단으로 배열 설치되며, 하나의 격자틀과 그 다음 격자틀의 사이에는 오존발생 UV램프(57)가 설치된다. 도 3a는 이러한 구성의 광산화반응 챔버(59)의 평면의 단면을 도시한 것이고, 도 3b는 그 측면의 단면을 도시한 것이다. 각각의 하니콤형 격자틀(58)의 셀 내면에는 TiO₂계 광촉매(도시되지 않음)가 도포된다.

즉, 상기 전처리 챔버(55)를 통과한 오염공기는 광산화반응 챔버(59)를 거치면서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)이 광산화 및 오존산화 반응처리되는데, 이때 UV램프에 의하여 일어나는 광산화 및 오존산화반응은 TiO₂계 광촉매의 작용으로 그 반응효율이 10배 이상 향상된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같은 TiO₂계 광촉매가 도포된 다단의 하니콤형 격자틀(58)이 순차적으로 배열된 광산화반응 챔버(59)의 구성은, 이러한 UV램프에 의해 일어나는 광산화반응에서 TiO₂계 광촉매의 도포면적 및 접촉면적을 확대하여 더욱 효과적으로 작용할 수 있도록 도와준다.

상기 하니콤형 격자틀(58)은 필요에 따라 그 격자의 간격을 늘이거나 줄여 TiO₂계 광촉매의 작용면적으로 조절할 수 있고, 순차적으로 배열되는 격자틀의 수도 필요에 따라 늘이거나 줄일 수 있어, 설치면적에 구애받지 않고 처리 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, TiO₂계 광촉매가 도포되는 격자틀(58) 표면은 접촉면적을 확대할 수 있도록 엠보싱 처리하거나 여러 형상의 돌기를 형성할 수 있다.

이러한 광산화반응에 의하여 악취와 휘발성 유기물질(VOC)과 악취물질등은 산화 분해되어 유기물질이 아닌 무해한 산소, 이산화탄소 및 물로 변환된다.

상기 광산화반응 챔버(59)의 출구 단부에는 후처리 챔버(63,도 2 참조)가 연결되는데, 이 후처리 챔버(63)의 내부에는 MnO₂가 함유된 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단이 구비된다.

본 실시예에서 상기 오존제거수단은 비스듬히 배열되는 하나 이상의 플레이트(61)로 구성되는 트레이형으로 형성되어 있다.

즉, 상기 광산화반응 챔버(59)를 통과한 공기에는 반응하지 않은 오존 성분이 남아있게 되는데, 이러한 잔류 오존은 이 후처리 챔버(63)에서 오존반응 촉매와 반응하여 산소로 변환된다. 아래의 화학식은 그 예로써 오존반응촉매, 이산화 망간(MnO₂)에 의한 반응을 나타낸 것이다.

2MnO₂+5O₃→Mn₂O₇+ 6O₂

상기 후처리 챔버(63)의 출구 단부에는 공기 배출구(65)가 연결되어 정화처리된 공기를 대기중으로 배출해 주게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로, 후처리 챔버(163)의 오존제거수단이 광산화반응에서와 같이 하니콤형 격자틀(161)로 형성되어 있다. 즉, 도 5의 측단면도에 도시된 바와 같이 복수의 셀을 형성하도록 내부를 가로지르는 가로 또는 세로방향의 복수의 칸막이(161a)를 구비하도록 형성되는 것이다. 이러한 구성은 상기 제 1 실시예의 트레이형에 비하여 생산비용이 증가하고, 내구력이 약한 단점이 있으나, 구동중 시스템 안전성이 높고 처리효율을 향상시킬 수 있어 용도에 따라 유리할 수 있다.

다른 구성부분에 대하여는 제 1 실시예와 대응 참조부호를 사용하였으므로 그 상세한 설명을 생략한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질 처리장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 유입구(51)를 통하여 유입된 공기는 전처리 챔버(55)에서 필터(53a,53b)를 거치면서 먼지입자 및 미세 먼지입자가 물리적으로 걸러진 후, 광산화반응 챔버(59)를 거치면서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)이 자외선과 산소계활성종 및 산소계이온과 광산화반응 및 오존산화반응하여 분해되는데, 이때 각각의 하니콤형 격자틀 내면에 코팅된 TiO₂계 광촉매의 작용에 의하여 광산화 및 오존산화 반응의 효율이 향상되어 유기물질은 거의 무해한 이산화탄소나 산소, 또는 물로 변환된다.

이와같은 광산화반응 챔버(59)에서의 TiO₂계 광촉매를 사용한 유기물질의 무해한 물질로의 분해효율은 종래 기술에 의한 광산화반응 챔버(59)에서보다 상당히 향상된 것을 확인할 수 있는데, 성능 시험 결과(자동차 분체 도장 및 건조, 코팅 광택 처리에서 발생되는 배출 기류의 경우)에 의하면(광산화반응 챔버 통과후) 종래의 장치에서는 유입된 전체 휘발성 유기물질의 7~8% 정도만 처리되었으나, 본 발명에 따른 장치에서는 80% 이상이 처리되었고, 악취도 90%이상 제거된 것을 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 발명의 장치에서는 광산화반응 챔버(59)에서 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기 물질이 거의 무해물질로 분해되기 때문에 종래기술에 의한 장치에서 요구되었던 흡착챔버가 필요하지 않고, 따라서 유지 보수가 편리하고 비용도 감소한다.

또한, 본 발명의 장치에서는 광산화반응 챔버(59)의 출구 단부에 오존제거수단을 구비한 후처리 챔버가 연결되어 있어, 광산화반응 챔버(59)를 거친 공기는 상기 후처리 챔버(63)에서 오존반응촉매에 의하여 잔류오존을 제거한 후 배기된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 오염공기 처리장치는 오존발생 UV램프에 의한 광산화반응과 오존산화반응 과정에서 TiO₂계 광촉매를 사용함과 동시에 광산화반응 챔버의 내부에 공기의 흐름을 따라 일정한 거리를 두고 다단의 하니콤형 격자틀을 설치함으로써 유기물질의 무해물질로의 변환 효율을 상당량 향상시켰으며, 따라서 탄소흡착과정 없이 오염공기를 처리할 수 있다.

또한, 이러한 구성은 장치의 규모를 줄이면서도 처리 효율을 향상시킬 수 있어 산업용의 대용량 오염공기 처리과정에서부터 음식점등의 소용량 오염공기 처리과정에까지 다양하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수를 용이하게 하고 비용도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위의 기재 범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

1. 오염공기 유입구와;

   상기 유입구의 일단에 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와;

   상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연결되고, 내부에는 복수의 칸막이를 구비하여 그 내면에 TiO₂계 광촉매가 도포된 하니콤형 격자틀이 일정 거리를 두고 다단으로 설치되며, 각각의 격자틀 사이에는 오존발생 UV램프가 설치되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광산화반응 챔버와;

   상기 광산화반응 챔버의 출구 단부에 연결되고 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단을 구비하여 상기 광산화반응 챔버를 통과한 공기에 함유된 잔류 오존을 제거하기 위한 후처리 챔버와;

   상기 후처리 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광산화반응 챔버의 TiO₂계 광촉매가 도포된 복수의 격자틀의 표면은 접촉면적을 확대할 수 있도록 엠보싱처리되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 후처리 챔버의 오존제거수단은 비스듬히 배열되는 하나 이상의 플레이트로 구성되는 트레이형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 후처리 챔버의 오존제거수단은 복수의 셀을 형상하도록 내부를 가로지르는 복수의 칸막이를 구비하는 하니콤형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리 챔버의 내부에 구비되는 상기 필터는 오염공기중 먼지를 걸러주기 위한 제 1 필터와 미세 먼지를 걸러주기 위하여 미세입자를 가지는 제 2 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
6. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존반응촉매는 MnO₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.