KR20050091440A - 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치 - Google Patents

일산화 탄소의 산화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

공기가 유동하는 경로 내에 형성되어 있는 오존 생성 영역 내의 오존 생성 부재를 사용하여 공기 중의 악취 성분이 탈취(deodorize)되고, 생성된 오존은 오존 분해 영역 내의 오존 분해 부재에서 분해되며, 예를 들어 불완전 연소로 생성된 일산화 탄소는 상기 경로 내의 CO 흡착 영역에서, CO 흡착 부재에 의해서 흡착이 수행된다. 오존 분해 영역 및 CO 흡착 영역은 산화 반응 영역 내의 오존 분해 단계에서 생성된 활성 산소를 사용하여 일산화 탄소를 산화시키는 공통 산화 반응 영역 내에 형성된다.

Description

일산화 탄소의 산화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OXIDIZING CARBON MONOXIDE}
본 발명은 공기 청정기, 담배 연기 분리 장치, 탈취 장치, 에어 컨디셔너 등에 응용할 수 있는 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 통상적인 온도(즉 실온)에서 일산화 탄소를 산화시켜서 제거하거나, 그 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
공지된 기술에 있어서, 쾌적한 삶을 보장하기 위해서 공기 중의 악취 성분이나 균류 등을 효과적으로 제거하여 생활 공간 또는 작업 공간을 개선하는 공기 청정기가 제공되었다. 이와 같은 종류의 공기 청정기는 일본국 특개평(KOKAI) 5-317639 호 및 10-85533 호에 개시되어 있다.
상기 공보에서 개시된 공기 청정기는, 환기 경로 내로 오존을 생성시키는 오존 생성기와, 연속적으로 설치되고, 생성된 오존을 분해하여 활성 산소를 생성하는 오존 분해기를 포함하고 있으며, 오존 분해기 내에 설치된 오존 분해 촉매를 이용하여 오존 생성기에서 생성된 오존을 분해하여 생성 초기 상태의 산소 원자, 즉 소위 활성 산소(래디컬 산소, radical oxygen)를 생성하여 이 활성 산소와 악취 성분을 반응시켜 탈취시키고, 공기를 정화시킨다.
오존을 이용하는 공기 청정기에 따르면, 공기 중의 악취 성분, 예를 들어 암모니아, 황화 수소, 아세트 알데히드, 포름 알데히드, 금속 루틸형 캡탄(metal rutile captan), 트리 메틸 아민, 에틸렌, 메틸 디설파이드, 및 스티렌과 같은 악취 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
그러나 종래 기술의 공기 청정기에 따르면, 불완전 연소, 예를 들어 흡연으로 인한 불환전 연소를 통해서 생선된 일산화 탄소(CO 또는 CO 가스)를 실질적으로 제거하는 것은 곤란하다. CO는 생리적으로 혈액 속의 헤모글로빈과 결합하여 내장 기관의 기능을 마비시키거나 저해시키는 매우 유독한 물질이다.
한편 불완전 연소를 통해서 생성된 CO와 활성 산소가 산화 반응을 일으키면, CO가 이산화 탄소(CO2)로 산화되므로, 매우 유독한 공기 중의 CO가 효과적으로 감소하게 되거나 제거된다. 그러나 오존을 분해하여 얻은 활성 산소(래디컬 산소)의 수명은 10-6 내지 10-7 초 수준으로, 매우 짧다.
따라서 종래 기술의 공기 청정기에 따르면, 오존 분해기 및 이 오존 분해기의 하류측에 위치되는 저지방산 흡착 필터 또는 활성 탄소 흡착 필터는 분리되어 배치되며, 일산화 탄소를 흡착하는 CO 흡착기가 전혀 설치되어 있지 않았기 때문에, 오존 생성기에서 생성된 활성 산소와 일산화 탄소의 산화 반응을 수행시키는 것이 곤란하였다.
또한 일본 특개평 5-317639 호에 개시된 공기 청정기에서는, CO 흡착기가 설치되어 있지 않았기 때문에, 오존 생성기에서 생성된 활성 산소를 일산화 탄소의 산화 반응에 활용할 수 없고, 따라서 공기 중의 CO를 산화시킬 수 없어, CO량을 감소시키거나 제거할 수 없다.
또한 일본 특개평 10-85533 호에 개시된 공기 청정기에서는, 오존 분해기와 활성 탄소 흡착 필터가 분리되어 설치되어 있고, 한편으로는, 오존 분해기가 두 개의 필터, 즉 제 1 오존 분해 필터 및 제 2 오존 분해 필터를 포함하고 있다. 제 1 필터가 필터 기재(base material)에 부착된 백금 촉매를 가지고 있었지만, 백금층과 오존 분해층이 서로 다른 층이었기 때문에, 산화 반응을 수행하기에 충분할 정도로 활성 산소가 일산화 탄소와 접촉하지 못했으며, 또한 흡착 필터가 활성 탄소로 형성되어 있었기 때문에 빈번하게 교체해야 하였으므로 장시간 사용에 불리하였다.
본 발명은 상술한 종래 기술에서의 경우를 감안하여 이루어진 것이며, 따라서 본 발명의 목적은 악취 성분을 효과적으로 제거하고, 통상적인 온도에서 공기 중의 CO를 산화 반응시켜 CO 성분을 감소시킬 수 있는 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 일산화 탄소의 산화 반응을 위해서 원소를 교체하지 않고 실질적으로 유지 보수 작업을 하지 않고도 장기 사용 수명을 실현할 수 있는 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이들 목적 및 다른 목적은, 일 측면에서, 경로를 형성하는 구조 내를 유동하는 공기 중의 일산화 탄소를 산화시키는 방법으로서, 공기 중의 악취 성분을 탈취하는 오존을 오존 생성 영역 내에서 생성하는 단계와, 생성된 오존을 오존 분해 영역 내에서 분해하는 단계와, 불완전 연소로 인해서 생성된 일산화 탄소를 CO(carbon monoxide) 흡착 영역 내에서 흡착하고 유지하는 단계를 포함하며, 오존 분해 영역 및 CO 흡착 영역은 산화 반응 영역 내에서 상기 오존 분해 단계에서 생성된 활성 산소를 사용하여 일산화 탄소가 산화되는 공통 산화 반응 영역 내에 형성되는 일산화 탄소의 산화 방법을 제공하여 달성된다.
상기 측면의 유리한 실시예에서, 오존은 악취 성분을 제거하는 오존 생성 영역 내에서 방전형 광촉매 모듈에 의해서 생성되며, 오존을 분해하는 오존 분해 영역은 일산화 탄소를 흡착하는 CO 흡착 영역 내에 형성된다.
상기 측면의 변형에서, 흡입구와 배출구를 갖는 환기 경로를 통해서 유동하는 공기 중의 일산화 탄소를 산화시키는 방법으로서, 환기 경로 내에서 오존을 생성시키기 위해 오존 생성 영역 내에서 오존을 생성하는 단계와, 생성된 오존에 의해서 공기 중의 악취 성분을 오존 생성 영역 내에서 탈취하는 단계와, 환기 경로 내의 오존 생성 영역의 하류측에 배치된 오존 분해 영역 내에서 상기 생성된 오존을 활성 산소로 분해하는 단계와, 불완전 연소를 통해서 생성된 일산화 탄소를 환기 경로 내의 CO(carbon monoxide) 흡착 영역 내에서 흡착하고 유지하는 단계를 포함하며, 오존 분해 영역 및 CO 흡착 영역은 산화 반응 영역 내에서 오존 분해를 통해서 생성된 활성 산소를 이용하여 일산화 탄소가 산화되는 공통 산화 반응 영역 내에 형성되는 일산화 탄소의 산화 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 경로를 형성하는 구조 내를 유동하는 공기 중의 일산화 탄소를 산화시키는 장치로서, 상기 경로 내에 위치하고, 공기 중의 악취 성분을 탈취하기 위한 오존을 생성하는 오존 생성 부재와, 상기 경로 내에 위치하고, 활성 산소를 생성하기 위해 상기 오존을 분해하는 오존 분해 부재와, 상기 경로 내에 위치하고, 불완전 연소를 통해서 생성된 일산화 탄소를 흡착하고 유지하는 CO(carbon monoxide) 흡착 부재를 포함하며, 오존 분해 부재와 CO 흡착 부재는 공통 산화 반응 영역 내에 배치되어 활성 산소에 의해서 일산화 탄소를 산화시키는 일산화 탄소의 산화 장치가 또한 제공된다.
상기 측면의 유리한 실시예에서, 오존 생성 부재는 오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재의 상류측에 위치된 방전형 광촉매 모듈, 자외선 램프 장치, 코로나(corona) 방전 장치 및 크리핑 방전 장치 중의 적어도 하나를 상기 공기 유동 경로 내에 포함한다.
오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재는 하니콤(honeycomb) 구조 또는 삼차원 메시(mesh) 구조를 가진 다공성 부재로서 형성되어 있으며, CO 흡착 부재로 형성된 CO 흡착 영역은 오존 분해 부재로 형성된 오존 분해 영역 내에 형성되어 공통 CO 산화 반응 영역을 형성한다. 다공성 부재는 하니콤 구조 또는 삼차원 메시 구조 내에 형성되고 알루미나, 실리카, 마그네시아, 탄산 규소 및 티탄산 알루미늄으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 화합물 중의 적어도 하나로 구성되며, 오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재는 다공성 부재에 형성되어 일산화 탄소의 산화 반응을 수행한다. 다공성 부재는 Mn, Cu 또는 Ni 산화물, Ni, Co, Mn 또는 Cu를 포함하는 다공성 탄소, 제올라이트 및 점토 광물로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 오존 분해 물질로 형성되어 CO 흡착 부재를 구성하는 미세 입자가 유지되는 하니콤 구조 또는 삼차원 메시 구조를 형성한다.
CO 흡착 부재는 백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 로듐 및 루테늄으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 백금계 귀금속 미립자로 구성되며, 상기 미립자는 오존 분해 부재를 구성하는 오존 분해 물질로 유지되어 공통 CO 산화 반응 영역을 형성한다. 백금계 귀금속 미립자는 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 입경을 가진다.
산화 장치는, 공기 유동 경로 내의 공기 흡입구에 배치되고 공기 중의 조립자(coarse particle)를 제거하는 프리 필터(pre-filter)와 공기 유동 경로 내의 프리 필터의 하류측에 배치된 적어도 하나의 송풍기를 더 포함한다. 공기 유동 경로 내의 프리 필터의 하류측에 배치되고 공기 중의 조립자를 제거하는 전기식 집진 장치를 더 포함한다.
본 발명의 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치에 따르면, 공기 중의 악취 성분은 오존 생성 부재에서 생성된 오존에 의해서 실질적으로 효과적으로 제거된다. 오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재는 공통 CO 산화 반응 영역에 형성되어 공기 중의 일산화 탄소의 산화 반응을 적극적으로 수행하여 CO 농도를 감소시키거나 CO량을 제거한다.
또한 본 발명의 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치에 따르면, 일산하 탄소의 산화 반응에 요구되는 부재 또는 요소를 배치할 필요가 없기 때문에, 이에 수반되었던 귀찮은 작업이 제외되므로, 장시간 사용을 보장한다.
본 발명의 본질 및 특징에 대해서는 첨부한 도면을 참고로 하여 후술하는 발명의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
일산화 탄소를 산화시키는 산화 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도 1을 참조하면, 일산화 탄소를 산화시키는 산화 장치(10)는 일반적으로 공기 청정기, 담배 연기 분리 장치, 탈취 설비(탈취기), 에어 컨디셔너, 공기 청정/탈취 시스템 등에 설치되거나, 공기 청정기, 담배 연기 분리 장치, 탈취기 또는 공기 청정/탈취 시스템 자체로 사용되고 있다. 이 일산화 탄소의 산화 장치(10)는 공기 중의 악취 성분을 탈취하고, 통상적인 온도에서 불완전 연소를 통해서 생성된 일산화 탄소(CO)를 산화시켜서 그 농도를 감소시키거나 제거하는 장치이다.
본 실시예의 일산화 탄소의 산화 장치(10)는 본체로서의 실린더형 케이싱(11)과 케이싱(11) 내에 형성되는 공기를 환기시키는 환기 경로(12)를 포함하고 있다. 환기 경로(12) 내에는, 공기 중의 먼지나 조립자(coarse particle)와 같은 이물질을 제거하는 프리 필터(14)와, 오존(O3)을 생성하는 오존 생성 수단(오존 생성기 또는 오존 생성 부재)(15)과, 통상적인 온도에서 일산화 탄소(CO)를 산화시키는 CO 산화 부재(CO 산화 부재 또는 장치)(16)는 공기 입구(공기 흡입구)(13)측으로부터 이 순서대로 연속적으로 형성되어 있다. 또한 하나 이상(적어도 하나)의 송풍기(17)는 실린더형 케이싱(11)의 환기 경로(12) 상의 선택적인 위치에 배치되어 있다. 따라서 통상적인 온도에서 CO 산화 부재(16)에 의해서 공기 중의 일산화 탄소가 산화되어 이산화 탄소(CO2)를 생성하며, 이후에 생성된 CO2를 공기 출구(공기 배출구)(18)로부터 케이싱(11)의 외부로 배출한다.
오존 생성기(15)는 방전형 광촉매 모듈, 자외선 램프 장치, 코로나 방전 장치, 크리핑 방전 장치, 및 X선 생성기 등으로 구성되거나, 이들 중 적어도 2 개를 조합하여 구성되며, 환기 경로(12) 내에 오존 생성 영역(A)을 형성하여 오존 생성 영역(A)에서 공기를 정화하고 탈취하게 된다. 오존은 공기 중에서 코로나 방전 또는 크리핑 방전을 실행시키는 기능을 하고, 오존은 자외선, X선 또는 음극선을 조사하여 생성되며, 강력한 살균 소독, 표백 및 산화 기능을 나타낸다.
오존 생성기(15)로서, 도 2에 나타내는 방전형 광촉매 모듈(20)을 한다. 이 방전형 광촉매 모듈(20)은 전기 방전 전극(21) 사이의 영역에서 광촉매를 유지하고 있는 다공성 세라믹(22)을 구비하고 있다. 다공성 세라믹(22)은 광촉매를 유지하는 광촉매 유지체(carrier)를 포함하고 있으며, 전기 방전에 의해서 생성된 자외선을 직접적으로 사용하여 광촉매를 여기(excite)시킨다. 이와 같은 다공성 세라믹(22)은 또한 필터 작용도 수행한다.
광촉매에 자외선을 조사하면, 생성된 오존의 살균 소독, 활성 탄소의 활성화에 의한 광촉매의 산화 기능 및 분해 기능이 달성되거나 촉진되며, 그 결과 공기가 효과적으로 정화 및 탈취된다. 악취 성분은, 종래 기술의 램프형 광촉매 모듈에 의한 분해 효과와 비교하였을 때 대략 10 배 정도의 전기 방전 효과, 오존 생성 효과 및 광촉매 적용 효과로 분해된다.
오존 생성기(15)로 이와 같은 방전형 광촉매 모듈(20)을 채택하는 경우, 전기 방전에 의한 광(光) 방사를 광원(光源)으로 이용하면, 장시간의 사용 중에 교체하여야 하는 활성 탄소 및 램프 등과 같은 구성 요소가 불필요해지며, 따라서 장기 사용 수명이 실현된다.
또한 광촉매의 표면 영역을 개질(reform)하거나 변형하여 광촉매 모듈의 비표면적을 크게 하면, 광촉매의 분해 기능이 촉진되며, 공기 정화 기능 및 공기 탈취 기능이 개선된다.
오존 생성기(15)에서 생성된 오존(O3)은 오존 생성 영역(A)에서 공기 정화 및 탈취 처리에 사용되며, 송풍기(17)로 CO 산화 부재(16) 쪽으로 밀려진다.
도 3에 나타내는 바와 같이, CO 산화 부재(16)는, 일산화 탄소의 산화 반응 영역(B)을 구성하는, 생성된 오존을 분해하고 활성 산소(래디컬 산소)를 생성하는 오존 분해기(분해 요소)(24)와 불완전 연소를 통해서 생성된 일산화 탄소(CO)를 흡착하는 CO 흡착기(흡착 요소)(25)를 포함하고 있다. 오존 분해기(24)와 CO 흡착기(25)는 공통 CO 산화 반응 영역(B) 내에 형성되며, 활성 산소를 이용하여 일산화 탄소(CO)의 산화 반응을 수행한다.
오존 분해기(24)는 Mn, Cu 또는 Ni 산화물, Ni, Co, Mn 또는 Cu를 포함하는 다공성 탄소, 제올라이트 및 점토 광물로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 오존 분해 물질(27)로 형성된다. 오존 분해 물질(27)은 폐기 오존 촉매로 구성되며, 코팅이나 용접 등에 의해서 하니콤(honeycomb) 구조 또는 삼차원 메시(mesh) 구조(스폰지 구조)를 가지는 다공성 부재로 구성된 베이스 부재(26)에 형성되어 있다.
오존 분해 물질(27)을 구비하는 베이스 부재(26)는 알루미나, 실리카, 마그네슘, 탄산 규소 및 티탄산 알루미늄으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 화합물 중의 적어도 하나로 구성되며, 하니콤 구조 또는 삼차원 메시 구조를 가지는 다공성 부재로서 형성되어 있다.
또한 베이스 부재(26)에 오존 분해 물질(27)을 형성하는 대신에, 오존 분해 물질(27) 자체가 하니콤 구조 또는 삼차원 메시 구조를 가지는 다공성 부재로 형성될 수도 있다. 이 경우에는, 오존 분해 수단(24) 또한 유지체(carrier)로서의 기능을 가지고 있기 때문에, 베이스 부재를 생략할 수 있다.
한편 오존 생성기(15)를 구성하고 있는 CO 흡착기(25)는 백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 로듐 및 루테늄으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 백금계 VIII족 귀금속 미립자(28)로 구성된다.
백금계 귀금속 미립자(28)의 입자 크기는 10 Å 내지 1,000 Å이며, 바람직한 입자 크기는 50 Å 내지 400 Å이다. 미립자(28)는 도 3에 나타내는 바와 같이 CO 흡착기(25)를 구성하고 있는 폐기 오존 촉매로서 오존 분해 물질(27)에 유지되어 있다. 즉 이와 같은 다수의 백금계 귀금속 미립자, 예를 들어 백금 미립자(28)는 폐기 오존 촉매로서 오존 분해 물질(27)에 조밀하게 유지되어 있어서 공통 CO 산화 반응 영역층 또는 반응면을 형성한다. CO 흡착기(25)로 백금(Pt) 미립자(28)를 사용하는 경우에, 오존 분해 물질(27)이 백금 유지 촉매를 구성하게 된다.
오존 분해기(24)를 구성하고 있는 오존 분해 물질(27)은 오존(O3)을 분해하여 수명이 매우 짧은 10-6 내지 10-7 초 수준의 활성 산소(래디컬 산소: O)를 생성한다. 따라서 활성 산소로 일산화 탄소(CO)를 산화하기 위해서는 활성 산소의 유효 수명으로서 유효 반응 거리 내에서 일산화 탄소를 조밀하게 포획할 필요가 있게 된다.
즉 활성 산소(산소 원자 O)가 생성에서부터 소멸까지의 과정에서 일산화 탄소 분자와 접촉하고 반응할 필요가 있으며, 이와 같은 접촉 중에, 통상적인 온도에서 산화 반응이 일어나게 된다. 이 때문에 오존 분해시에 활성 산소 생성 영역의 최근접 위치에서 다량의 일산화 탄소 분자를 조밀하게 포획하도록 할 필요가 있게 된다.
일산화 탄소를 산화시키는 산화 장치(10)에서, 일산화 탄소(CO)를 흡착하는 CO 흡착 영역(D)은 오존 분해기(24)로 구성되는 오존 분해 영역(C)에 형성되어 있다. CO 흡착 영역(D)은 미립자 구조의 CO 흡착기(25)로 구성된 메시 형상 영역이다.
도 3을 참조하면, 오존 분해기(24)의 오존 분해 영역(C) 및 CO 흡착기(25)의 CO 흡착 영역(D)은 CO 산화 반응 영역(B) 내에 공통적으로 형성되어 있으므로, 불완전 연소 중에 생성된 일산화 탄소가 포획되어 활성 산소와 접촉하게 되고, 통상적인 온도에서 산화 반응이 용이하게 발생하게 된다. 일산화 탄소가 생리적으로 매우 유독하고, 혈액 속의 헤모글로빈과 결합하여 그 기능을 마비시키거나 악화시키지만, 일산화 탄소를 이산화 탄소로 산화시키면 중독성이나 유독성을 제거할 수 있다.
일산화 탄소를 산화시키는, 상술한 구조의 산화 장치(10)의 기능 또는 동작에 대해서 이하에서 설명하기로 한다.
산화 장치(10)는 불완전 연소 중에 생성된 일산화 탄소를 통상적인 온도에서 산화시켜서 일산화 탄소를 제거하거나, 그 농도를 현저하게 감소시킨다. 또한 공기 정화기(청정기) 및 탈취 장치로서 승용차나 택시와 같은 차량 내부를 탈취하거나, 병원이나 주거 간호 시설 등지에서의 살균 소독 악취를 탈취하거나, 자동차용 냉장고, 가정용 냉장고, 트럭의 화물칸 등을 탈취하거나, 화장실 및 음식물 쓰레기의 악취를 탈취하는 등에도 응용이 가능하다.
산화 장치(10)에서, 케이싱(11)의 환기 경로(12)로 유입된 먼지 및 띠끌과 같은 조립자(coarse particle)는 내부에 설치된 프리 필터(14)에서 제거된다. 조립자가 제거된 공기는 환기 경로(12) 내에서 오존 생성기(25) 쪽으로 송풍기(17)에 의해서 강제 송풍 안내된다.
오존 생성기(15)에서, 오존은 코로나 방전, 크리핑 방전 또는 자외선 조사 과정을 통해서 생성되고, 이 생성된 오존과의 반응을 통해서 공기 중의 악취 성분이 제거되거나 살균 소독된다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 오존 생성기(15)가 방전형 광촉매 모듈(20)로 구성된 경우에, 자외선에 의한 살균 소독 기능, 생성된 오존의 산화 기능, 살균 소독 기능, 및 광촉매에 의한 분해에 의해서 공기 중의 악취 성분이 무취 성분으로 분해된다.
예를 들어, 흡연실에서 담배의 연소 가스에는 CO2 뿐만 아니라 불완전 연소에 의한 일산화 탄소나 암모늄과, 알콜 및 알데하이드가 포함되어 있다. 또한 건물의 구조재에 포함된 포름알데히드, 음식물 쓰레기의 악취 또는 음식물 악취에 포함된 암모늄, 황화 수소, 트리메틸 아민, 암모늄, 아세트산, 아세트 알데히드, 포름 알데히드, 차량 내부 공기에 포함된 트리메틸 아민 등이 추가될 수도 있다.
암모늄, 황화 수소, 트리메틸 아민, 이산화 메틸, 아세틸 알데히드, 포름 알데히드, 스티렌 등과 같은 공기 중의 악취 성분은 산화 장치(10)의 실린더형 케이싱(11) 내의 오존 생성 영역(A)을 통과하면서 분해 제거되어 무취 공기로 된다. 그러나 불완전 연소 가스인 CO 가스는 그 상태로 오존 생성 영역(A)을 통과하고, CO 산화 영역(B)으로 안내된다.
악취 성분이 제거된 공기는 일산화 탄소와 함께 CO 산화 영역(B)을 구성하는 CO 산화 부재 또는 요소(16)로 안내된다. CO 산화 부재(16)는 오존 분해기(24)와 CO 흡착기(25)와 함께 CO 산화 반응 영역(B) 내에 형성되어 일산화 탄소의 산화 반응을 수행한다. CO 흡착기(25)로 구성된 CO 흡착 영역(D)은 오존 분해기(24)를 구성하고 있는 오존 분해 영역(C)에 형성되어 있다. 따라서 오존 분해 영역(C) 및 CO 흡착 영역(D)은 공통 CO 산화 반응 영역(B)을 형성한다.
CO 산화 부재(16)에는 오존(O3)을 분해하여 활성 산소(래디컬 산소)를 생성하는 오존 분해 영역(C)의 근처에 일산화 탄소(CO)를 흡착하는 미립자(28)가 조밀하게 분포된 CO 흡착 영역(D)이 형성되어 있다. CO 흡착 영역(D)을 구비하는 CO 흡착기(25)는 다공성 부재에 형성된 오존 분해 물질(27)의 오존 분해층에 유지되거나 조밀하게 분포된 상태로 다공성 부재의 표면에 유지되는 백금계 귀금속 미립자(28)로 구성되어 있다. 따라서 일산화 탄소를 흡착하는 백금계 귀금속 미립자(28)의 표면 영역을 더 크게 할 수 있게 되며, 그 결과 CO 유지 영역(CO 흡착 영역)을 더 크게 할 수 있게 된다.
따라서 일산화 탄소(CO) 입자를 흡착하는 커다란 CO 유지 영역을 가지는 CO 흡착 영역(D)은, 오존 분해기(24)의 동작을 통해서 오존이 생성되는 부분 또는 영역에 최근접하게 배치될 수 있다. 또한 CO 흡착 영역(D)을 형성하고 있는 CO 흡착기(25)는 커다란 CO 유지 영역을 가지고 있기 때문에, 공기 중의 일산화 탄소 입자를 효과적이고 조밀하게 포획할 수 있다. 한편 다수의 백금계 귀금속 미립자(28)를 유지하고 있는 CO 흡착기(25)가 위치하므로, 오존 분해 물질(27)의 오존 분해층이 미립자에 근접 형성되어 공통 산화 반응층을 형성한다.
오존 분해 영역(C) 내에서 CO 산화 부재(16)가 다량의 미립자(28)가 분포된 CO 흡착 영역(D)과 함께 형성되어 있기 때문에, 오존 분해기(24)에서 생성된 활성 산소가 그 근처에서 고농도로 분포된 일산화 탄소와의 접촉이 용이하여 산화 반응을 촉진하게 된다. 따라서 CO 산화 부재(16)에서, 오존 분해기(24)에서 생성된 활성 산소는 CO 흡착기(25)에서 포획된 고농도의 일산화 탄소와 접촉하게 되므로 산화 반응을 촉진하게 된다.
상술한 바와 같이, 산화 반응은 오존 분해기(24)에서 활성 오존이 생성되는 활성 산소 생성 영역에 최근접하여 일산화 탄소를 포획하는 것에 의해서만 촉진된다. 즉 활성 산소 생성 부분의 근처에서 고농도로 일산화 탄소를 포획함으로써 일산화 탄소가 용이하게 산화되는 것을 최초로 확인하였다.
도 4를 참조하면, 상술한 특징을 가진 일산화 탄소의 산화 장치(10)의 사용시에, 공기가 환기 경로(12) 내의 오존 생성 영역(A) 및 CO 산화 반응 영역(B)을 통과하면서 통상적인 온도에서 일산화 탄소와 활성 산소가 산화 반응을 하게 되며, 또한 도 4에서 농도 곡선(E)으로 나타내는 바와 같이 환기 경로(12)의 공기 출구(18)에서 배출되는 공기에 포함된 일산화 탄소의 농도가 실질적으로 0으로 된다. 또한 도 4의 농도 곡선(F)으로 표시한 바와 같이, 이산화 탄소 농도는 일산화 탄소의 산화 반응을 통해서 증가하게 된다. 일산화 탄소 농도와 이산화 탄소 농도는 각각 CO 가스 농도계 및 CO2 가스 농도계로 측정하였다.
도 4로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 산화 장치(10)에 따르면, 통상적인 온도에서 효율적으로 및 효과적으로 일산화 탄소가 산화되어 이산화 탄소를 발생시킨다. 따라서 일산화 탄소를 산화시켜서 일산화 탄소 농도를 감소시키거나 실질적으로 0으로 만든다.
오존이 CO 산화 부재(16)의 오존 분해기(24)에서 분해되어 활성 산소를 생성하는 경우라도, 활성 산소의 수명이 극단적으로 짧기 때문에, 공기 출구(18)를 통해 활성 산소의 외부 배출을 확실하게 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 일산화 탄소를 산화시키는 산화 장치(10A)의 제 2 실시예의 원리를 나타내는 도면이다.
일산화 탄소의 산화 장치(10A)는 구조상 도 1의 산화 장치(10)와 차이가 있다. 즉 제 2 실시예의 산화 장치(10A)에서는 전기 집진기(30)가 환기 경로(12) 내의 프리 필터(14) 하류측에 위치되어 있다. 전기 집진기(30)는 프리 필터(14)에서 제거되지 못한 보다 미세한 먼지 등을 제거하기 위한 목적으로 배치되어 있다.
또한 다른 구조 및 기능은 제 1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 여기에서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 발명의 상세한 설명의 실시예에만 한정되는 것이 아니며, 첨부한 특허 청구 범위의 범위로부터 이탈하지 않고도 다른 많은 수정 및 변경을 가할 수 있다.
이상 본 발명에 따르면, 통상적인 온도에서 일산화 탄소를 산화시켜서 제거하거나, 그 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있는 방법 및 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치의 원리를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일산화 탄소의 산화 장치에 설치된 오존 생성기로서의 방전형 광촉매 모듈을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 일산화 탄소의 산화 장치 내에서의 CO 산화 반응의 원리를 나타내는 모델의 도면.
도 4는 본 발명에 따른 일산화 탄소의 산화 장치에서의 CO 산화 반응의 효과를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 일산화 탄소의 산화 방법 및 장치의 원리를 설명하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : (일산화 탄소) 산화 장치
11 : 실린더형 케이싱
12 : 환기 경로
13 : 공기 입구(공기 흡입구)
14 : 프리 필터
15: 오존 생성 수단
16 : CO 산화 부재
17 : 송풍기
18 : 공기 출구

Claims (12)

  1. 경로를 형성하는 구조 내를 유동하는 공기 중의 일산화 탄소를 산화시키는 방법으로서,
    공기 중의 악취 성분을 탈취하는 오존을 오존 생성 영역 내에서 생성하는 단계와,
    생성된 오존을 오존 분해 영역 내에서 분해하는 단계와,
    불완전 연소로 인해서 생성된 일산화 탄소를 CO(carbon monoxide) 흡착 영역 내에서 흡착하고 유지하는 단계를 포함하며,
    오존 분해 영역 및 CO 흡착 영역은 산화 반응 영역 내에서 상기 오존 분해 단계에서 생성된 활성 산소를 이용하여 일산화 탄소가 산화되는 공통 산화 반응 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    오존은 악취 성분을 제거하기 위한 오존 생성 영역 내에서 방전형 광촉매 모듈에 의해서 생성되며, 오존을 분해하는 오존 분해 영역은 일산화 탄소를 흡착하는 CO 흡착 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 방법.
  3. 흡입구와 배출구를 갖는 환기 경로를 통해서 유동하는 공기 중의 일산화 탄소를 산화시키는 방법으로서,
    환기 경로 내에서 오존을 생성시키기 위해 오존 생성 영역 내에서 오존을 생성하는 단계와,
    생성된 오존에 의해서 공기 중의 악취 성분을 오존 생성 영역 내에서 탈취하는 단계와,
    환기 경로 내의 오존 생성 영역의 하류측에 배치된 오존 분해 영역 내에서 상기 생성된 오존을 활성 산소로 분해하는 단계와,
    불완전 연소를 통해서 생성된 일산화 탄소를 환기 경로 내의 CO(carbon monoxide) 흡착 영역 내에서 흡착하고 유지하는 단계를 포함하며,
    오존 분해 영역 및 CO 흡착 영역은 산화 반응 영역 내에서 오존 분해를 통해서 생성된 활성 산소를 사용하여 일산화 탄소가 산화되는 공통 산화 반응 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 방법.
  4. 경로를 형성하는 구조 내를 유동하는 공기 중의 일산화 탄소를 산화시키는 장치로서,
    상기 경로 내에 위치하고, 공기 중의 악취 성분을 탈취하는 오존을 생성하는 오존 생성 부재와,
    상기 경로 내에 위치하고, 활성 산소를 생성하기 위해 상기 오존을 분해하는 오존 분해 부재와,
    상기 경로 내에 위치하고, 불완전 연소를 통해서 생성된 일산화 탄소를 흡착하고 유지하는 CO(carbon monoxide) 흡착 부재를 포함하며,
    오존 분해 부재와 CO 흡착 부재는 공통 산화 반응 영역 내에 배치되어 활성 산소에 의해서 일산화 탄소를 산화시키는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    오존 생성 부재는 오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재의 상류측에 위치된 방전형 광촉매 모듈, 자외선 램프 장치, 코로나(corona) 방전 장치 및 크리핑 방전 장치 중의 적어도 하나를 상기 공기 유동 경로 내에 포함하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재는 하니콤(honeycomb) 구조 또는 삼차원 메시(mesh) 구조를 가진 다공성 부재로서 형성되어 있으며, CO 흡착 부재로 형성된 CO 흡착 영역은 오존 분해 부재로 형성된 오존 분해 영역 내에 형성되어 공통 CO 산화 반응 영역을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    다공성 부재는 하니콤 구조 또는 삼차원 메시 구조 내에 형성되고 알루미나, 실리카, 마그네시아, 탄산 규소 및 티탄산 알루미늄으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 화합물 중의 적어도 하나로 구성되며, 오존 분해 부재 및 CO 흡착 부재는 다공성 부재에 형성되어 일산화 탄소의 산화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    다공성 부재는 Mn, Cu 또는 Ni 산화물, Ni, Co, Mn 또는 Cu를 포함하는 다공성 탄소, 제올라이트 및 점토 광물로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 오존 분해 물질로 형성되어 CO 흡착 부재를 구성하는 미세 입자가 유지되는 하니콤 구조 또는 삼차원 메시 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    CO 흡착 부재는 백금, 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 로듐 및 루테늄으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나의 백금계 귀금속 미립자로 구성되며, 상기 미립자는 오존 분해 부재를 구성하는 오존 분해 물질로 유지되어 공통 CO 산화 반응 영역을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    백금계 귀금속 미립자는 각각 10 Å 내지 1,000 Å의 입경을 가지는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    공기 유동 경로 내의 공기 흡입구에 배치되고 공기 중의 조립자(coarse particle)를 제거하는 프리 필터(pre-filter)와 공기 유동 경로 내의 프리 필터의 하류측에 배치된 적어도 하나의 송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    공기 유동 경로 내의 프리 필터의 하류측에 배치되고 공기 중의 조립자를 제거하는 전기식 집진 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일산화 탄소의 산화 장치.
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